PRESENTACIÓN SOBRE CONTAMINANTES QUÍMICOS DETECCIÓN DE GASES

Casella España S.A. Polígono Európolis C/ Belgrado, 4B 28232 Las Rozas-Madrid Tel.: 91-640 75 19 [email protected] www.casella-es.com

Contaminantes Químicos: Gases

INDICE DE CONTENIDO CAPITULO 1: HIGIENE INDUSTRIAL

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1. Higiene Industrial: Conceptos y Objetivos 2. Prevención de los riesgos profesionales 3. Clasificación de los factores ambientales

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CAPITULO 2: CONTAMINANTES QUIMICOS 1. Conceptos Generales 2. La atmósfera 3. Clasificación de los contaminantes químicos 3.1 Clasificación de los contaminantes químicos según su estado físico 3.2 Clasificación según sus propiedades físico químicas 4. Acción de los contaminantes químicos: Efectos 5 Vías de entrada de los contaminantes químicos en el organismo 6. Ruta metabólica de los contaminantes químicos

14 14 16 16 19 21 22 23

CAPITULO 3: GASES Y VAPORES 1. 2. 3 4.

Introducción Evaluación ambiental Criterios para evaluación de Contaminantes Químicos: Valores TLV. Riesgos

26 26 27 29

CAPITULO 4: MEDICION Y MUESTREO DE CONTAMINANTES QUIMICOS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Introducción Medición y Muestreo en el ambiente laboral Medición y toma de muestras. Clasificación Metodología de la medición y muestreo Definiciones Principales gases y vapores

33 33 33 34 36 37

CAPITULO 5: DETECCION DE GASES. SEGURIDAD 1.2.3.4.5.6.-

Introducción La atmósfera Terminología, definiciones y abreviaturas Espacios confinados Gases inflamables Límites de Explosividad 2

41 41 42 46 53 53

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7.8.9.-

10.11.12.13.-

Zonas de riesgo Características del diseño de seguridad Clasificación de emplazamientos 9.1.Clase I según une 20.322-86 9.2.Clasificación de emplazamientos clase II 9.3Clasificación de emplazamientos clase III Modos de protección Clasificación de los instrumentos Protección de la envolvente Certificados y marcado

54 55 57 57 64 68 68 77 78 78

CAPITULO 6: SISTEMAS DE DETECCION 1. Sensores para detección de gases inflamables 1.1. Sensor catalítico 1.2. Conductividad Térmica 1.3. Salida del sensor 1.4. Tiempo de respuesta 1.5. Calibración 2. Detección con sensor Semiconductor 3. Detección con sensores Infrarrojo 4. Detección de Gases Tóxicos 5. Monitorización Higiénica 6. Detección de gases Tóxicos 6.1. Detección con sensores Electroquímicos 6.2. Detección con sensores de fotoionización 7. Detectores de gases 7.1. Detectores portátiles 7.2. Sistemas fijos 8. Cableado y cajas de conexión 9. Transmisión de datos 10. Situación de los sensores 11. Para mejorar la seguridad

83 83 84 85 85 86 86 87 89 90 91 92 93 94 94 95 97 97 98 101

CAPITULO 7; GASES, PROPIEDADES Y EFECTOS

103

1. 2. 3. 4. 5. 6.

103 104 107 114 117 120

La Atmósfera Oxigeno Monóxido de carbono Metano Hexafluoruro de azufre Acido Sulfídrico

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PRESENTACION La complejidad creciente de las instalaciones y procesos industriales así como la cantidad de materias primas y en forma de producto terminado que es preciso manejar en la producción y suministro de materiales para muy diferentes aplicaciones, (que en muchos casos son materiales fácilmente inflamables), dan lugar en nuestros días problemas de accidentes y/o enfermedades profesionales en las industrias afectando a la seguridad de las personas y sus instalaciones. La tecnología, desarrolla constantemente nuevos sistemas de prevención para reducir, entre otros, los riesgos de explosión, asfixia y toxicidad derivados de estas actividades mediante la implantación de sistemas portátiles y fijos de alarma que alertan al personal para adoptar las medidas de seguridad y protección adecuadas. A pesar de ello en ocasiones surgen imprevistos que alteran el orden establecido provocando accidentes y daños, a veces irreparables. Lamentablemente la experiencia demuestra la insuficiencia de medios de prevención y protección contra estos accidentes Por esta razón, al proyectar una planta o modificar las existentes, se debe considerar desde el punto de vista de la prevención, situando y aislando, siempre que sea posible, las materias de mayor riesgo en áreas que no ofrezcan peligro, situando los edificios a distancias prudenciales de estas zonas. Al hacer este estudio se deben considerar igualmente las instalaciones fijas de alarma para detección de presencia de gases, tóxicos, explosivos o asfixiantes, como prevención de accidentes, producidos por escapes de gases o vapores de mayor o menor importancia con objeto de que se adopten las medidas correctoras oportuna y adecuadas para eliminar o reducir el riesgo. Resulta necesario llevar a cabo una formación del personal en las técnicas de prevención, explicándole el funcionamiento de los modernos equipos de detección de gases y las acciones a tomar en cada caso. Se ha comprobado que la adopción de estas medidas y equipos de protección, es la mejor inversión que puede realizar cualquier empresa. En la mayoría de industrias, una de las partes clave de cualquier plan de seguridad en la reducción de riesgos para el personal y las plantas, es la utilización de mecanismos de alarma tales como sistemas de detección de gas. Estos permiten realizar acciones preventivas, así como correctivas. También pueden utilizarse como parte de un sistema global de seguridad y monitorización integrada en una planta industrial. Esta presentación intenta ofrecer una guía simple para aquellos que tengan que utilizar tales equipos. Proporciona una explicación de los principios en que se basan y de la instrumentación necesaria para una protección satisfactoria del personal y del medio ambiente. El propósito ha sido responder de la mejor forma posible a las preguntas formuladas acerca de la selección y utilización de los equipos industriales de detección de gas. 4

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CAPITULO 1

HIGIENE INDUSTRIAL

CONTENIDO

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1. Higiene Industrial: Conceptos y Objetivos

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2. Prevención de los riesgos profesionales

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3. Clasificación de los factores ambientales

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HIGIENE INDUSTRIAL

1. HIGIENE INDUSTRIAL. CONCEPTOS Y OBJETIVOS 1. RIESGOS PROFESIONALES: Clasificación El hombre en su puesto de trabajo está sometido a una serie de peligros de distinta naturaleza que potencialmente constituyen un riesgo de alteración o pérdida de su salud. Los denominados riesgos profesionales se agrupan dentro de dos grandes categorías, los accidentes de trabajo y las enfermedades profesionales, que se diferencian fundamentalmente por la forma de producirse y por el tipo de lesión que pueden ocasionar. El accidente de trabajo, se define como todo daño o lesión que el trabajador sufre con ocasión o por consecuencia del trabajo que ejecute. Se caracteriza porque se presenta de forma inesperada y causa una lesión de tipo traumático y de carácter instantáneo. La enfermedad profesional se puede definir como toda alteración o pérdida de salud que experimenta el trabajador y que tiene su origen en las condiciones ambientales a las que está expuesto de forma continuada en su puesto de trabajo. En general esta pérdida de salud es consecuencia de lesiones de tipo orgánico o funcional que se desarrollan muy lentamente, de manera que el trabajador se siente realmente enfermo después de un periodo muy dilatado, a veces 15 ó 20 años de trabajo. En algunos casos esta separación entre accidente y enfermedad no es tan nítida, ya que puede darse el caso de accidentes de trabajo producidos por la inhalación de elevadas concentraciones de contaminantes químicos. En este caso el carácter de accidente viene establecido por la forma súbita de presentarse y la naturaleza imprevista de la misma. Por ejemplo, la inhalación de grandes cantidades de monóxido de carbono debido a un escape en una inhalación de horno alto se ha de considerar como accidente, aun cuando la exposición habitual de los trabajadores a concentraciones más bajas de esta misma

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sustancia es susceptible también de producir una enfermedad profesional. A su vez, podernos establecer una definición de enfermedad profesional, desde un punto de vista legal y desde una óptica preventiva. Definición legal La Ley General de Seguridad Social, en su artículo 85, define como enfermedad profesional "toda enfermedad contraída a consecuencia del trabajo ejecutado por cuenta ajena en las actividades que se especifiquen en el cuadro que se apruebe por las disposiciones oportunas, y que esté provocada por la acción de los elementos o sustancias que se indiquen legalmente". A diferencia de lo que sucede con la definición de accidente de trabajo, la enfermedad profesional se define con un criterio deliberadamente restrictivo, ya que en primer lugar, es necesario que la enfermedad se produzca a causa del trabajo y además que esté reconocida legalmente, o lo que es lo mismo, que esté causada por las sustancias o agentes que figuran en una lista aprobada por una norma legal, en este caso un Real Decreto de Agosto de 1978, que aprueba la lista de enfermedades profesionales reconocidas como tales en el marco de la Seguridad Social. Por tanto, puede suceder y de hecho sucede, que algunas enfermedades causadas por la exposición del trabajador a alguna sustancia química no incluida en la lista oficial no se consideren como profesionales dándoselas el calificativo de enfermedades del trabajo. Cuando es evidenciable la relación de la enfermedad con las condiciones de trabajo, al no estar incluida en la lista oficial, se la trata administrativamente como si fuese un accidente de trabajo, con el fin de que el trabajador no experimente ninguna merma en el sistema de protección y tutela. Esta es la razón por la que un infarto sufrido por un trabajador se considera como accidente de trabajo si éste se produce en el centro de trabajo, mientras que sería tratado como enfermedad común si el infarto se produce fuera del centro y del horario de trabajo. También se consideran como accidentes de trabajo las enfermedades intercurrentes o las previas que tuviese el trabajador, cuando sufren un agravamiento como consecuencia de un accidente de trabajo, así como también las que tengan su origen en el medio de curación del accidentado. Por tanto, una hepatitis adquirida por un trabajador accidentado como consecuencia de las transfusiones de sangre que se le hayan realizado, se considera, a efectos legales, como accidente de trabajo, mientras que una hepatitis adquirida por un trabajador sanitario será considerada como enfermedad profesional, si existe la posibilidad de que se deba a una contagio a causa de su trabajo. Definición técnica Desde un punto de vista preventivo, el concepto de enfermedad profesional no se corresponde ni con la definición legal ni con el concepto que comúnmente tenemos de enfermedad. Está claro que la inclusión o no en la lista oficial no constituye motivo para

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dilucidar el carácter profesional o no de la enfermedad ya que el elemento definitorio es la relación con el trabajo. Sin embargo, y desde un punto de vista preventivo, es necesario distinguir varias etapas en la evolución de la enfermedad profesional. Una primera, la que aparece más tempranamente, estaría caracterizada por una "alteración", orgánica o funcional, que es objetivable, pero que normalmente no producirá sintomatología clínica, y que es plenamente reversible con el cese de la exposición del trabajador. Más avanzada en su desarrollo, se encuentra la etapa de "afectación", en la cual la alteración es más notable. Suele producir sintomatología clínica especifica, no es plenamente reversible con el cese de la exposición, y deja alguna secuela, aunque ésta no sea incapacitante. Finalmente está la etapa de "enfermedad", donde la alteración produce, en mayor o menor grado una incapacidad, permanente o transitoria, dejando secuelas irreversibles y en ocasiones graves, o incluso siendo causa del fallecimiento del trabajador que la padece. 2. PREVENCIÓN DE LOS RIESGOS PROFESIONALES Para la prevención de los riesgos profesionales es preciso actuar sobre el entorno físico, eliminando los peligros, mejorando las condiciones ambientales, protegiendo las instalaciones, e incluso propiciando unas condiciones de trabajo más confortables y satisfactorias. La Seguridad Laboral es una técnica preventiva que actúa sobre el entorno físico que rodea al trabajador para eliminar o proteger aquellas situaciones peligrosas e inseguras, con el fin de reducir el riesgo de accidente de trabajo. Por otro lado, la Higiene Industrial es otra técnica preventiva, que pretende mejorar las condiciones ambientales de trabajo, con el fin de reducir el riesgo de enfermedad profesional, pretendiendo que la salud del trabajador no se deteriore a causa de las condiciones en que desarrolla su trabajo. De igual forma, para que la prevención sea completa y eficaz, es preciso efectuar también una vigilancia periódica del estado de salud del trabajador, con objeto de verificar efectivamente que ésta no se altere por causa del trabajo. Es necesario además cuidar que el estado de salud del trabajador sea adecuado a las exigencias del puesto de trabajo, para evitar que las condiciones de éste puedan inducir sobre lesiones o enfermedades padecidas por el trabajador. Este es el objetivo de la Medicina del Trabajo que se complementa conjuntamente con la misión de la Seguridad Laboral y de la Higiene Industrial. Finalmente, es necesario mentalizar e instruir al trabajador y a sus mandos para que conozcan los riesgos y se utilicen adecuadamente los medios de prevención, para que se tenga un comportamiento más seguro y no se realicen actos peligrosos, y para que se sigan las normas y procedimientos de trabajo establecidos, con el fin de mejorar las condiciones de seguridad y salubridad en el puesto de trabajo. 8

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Todas las actuaciones preventivas que se realicen tiene un mismo fin, y por tanto, es absolutamente necesario que exista una buena coordinación y una permanente colaboración, pues la experiencia confirma que las acciones aisladas o unilaterales rara vez consiguen alcanzar los objetivos propuestos, estando condenadas la mayoría de las veces al fracaso y acarreando una pérdida de eficacia en la prevención de los riesgos profesionales. Por lo tanto, la Higiene Industrial es una técnica de prevención cuyo objetivo es evitar la aparición de enfermedades profesionales, para lo cual actúa sobre el medio ambiente o entorno físico del trabajo, con el fin de lograr unas condiciones ambientales que no dañen la salud de los trabajadores. La definición más ampliamente aceptada de la Higiene Industrial es la realizada por la American Industrial Hygiene Association (Asociación Americana de Higiene Industrial) que la define como una ciencia dedicada al reconocimiento, evaluación y control de aquellos factores ambientales que surgen en el lugar de trabajo y que pueden causar molestias, daños a la salud o importante disconfort o ineficiencia entre trabajadores o ciudadanos de una comunidad". Para dar una idea clara del alcance y contenido de estos conceptos, y con ello del cometido de la Higiene Industrial, basta con realizar un análisis en profundidad de la propia definición. En primer lugar, habría que destacar que la Higiene Industrial está relacionada con las condiciones de exposición de los trabajadores, en tanto en cuanto se habla de factores ambientales que surgen en c> del lugar del trabajo y que pueden causar molestias a los trabajadores. La referencia a los ciudadanos de una comunidad pretende establecer un cierto nexo de unión con los problemas de contaminación que pudiera generar una determinada actividad industrial, pero lo cierto es que, como criterio general, la acción de la Higiene Industrial se circunscribe al ámbito interno de la empresa.

3. CLASIFICACIÓN DE LOS FACTORES AMBIENTALES El término "factores ambientales", que aparece en la definición enunciada anteriormente, engloba a tres grupos de agentes diferenciados entre sí, y que son los siguientes: Agentes físicos Son todos ellos formas diferentes de la energía, que pueden causar alteraciones de salud cuando el trabajador recibe dosis de energía superiores a las tolerables. El concepto de dosis combina la energía recibida por el trabajador con el tiempo de exposición. Entre las diferentes formas de la energía se incluyen en este grupo de agentes físicos las siguientes: -

Ruido. Calor y Humedad.

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-

Radiaciones ionizantes. -

-

Radiaciones no ionizantes. -

-

Rayos X. Rayos γ. Partículas α. Partículas β Neutrones.

Ultravioleta. Infrarrojo. Microondas. Radiofrecuencias. Láser.

Vibraciones. Condiciones de iluminación.

El ruido constituye quizás el problema más importante desde el punto de vista de la extensión de las empresas implicadas y de los trabajadores expuestos, ya que está presente en la práctica totalidad de los sectores de actividad productiva. La exposición a niveles elevados de ruido durante tiempo prolongado causa un deterioro progresivo en el oído produciendo una pérdida de audición conocida como hipoacusia profesional, que en su fase más avanzada termina en una sordera profesional. El calor, o mejor dicho, la sobrecarga térmica del ambiente de trabajo, debida a la existencia de focos o superficies a elevada temperatura que irradian calor, da lugar a una alteración del mecanismo de compensación de la temperatura del cuerpo en el hombre, generando una sudoración excesiva y produciendo síntomas de cansancio y agotamiento. La sobrecarga del ambiente es más acusada para el hombre cuando existe una elevada humedad ambiental y el movimiento de aire es muy limitado, ya que ambos factores contribuyen a reducir las posibilidades de refrigeración del cuerpo a través de la evaporación del sudor. Los riesgos derivados de las radiaciones ionizantes se pueden presentar en aquellas empresas que utilizan equipos de radiografía industrial o fuentes radioactivas para el control de los procesos de fabricación. Los riesgos derivados de los otros agentes se circunscriben a las empresas que tienen algún equipo que trabaja con estas fuentes específicas de energía. Agentes químicos Son sustancias químicas presentes en el ambiente de trabajo y que potencialmente pueden dañar la salud de los trabajadores. Se pueden presentar en forma de polvo, humos, aerosoles, nieblas, vapores y gases. Su presencia en el ambiente se debe a diversas causas entre las que cabría mencionar: la utilización de determinados productos 10

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comerciales de uso industrial, las propias materias primas que utiliza la empresa en su proceso de fabricación o las sustancias de reacción que se forman a lo largo del proceso y que constituyen sustancias intermedias, productos finales o simplemente productos de descomposición generados a veces por reacciones no controladas. La simple presencia de estas sustancias en el ambiente de trabajo o su utilización durante el proceso productivo no implica necesariamente que exista un riesgo para la salud de los trabajadores. Es preciso considerar, aparte de la toxicidad de estas sustancias, otros factores como son las concentraciones ambientales, el tiempo de exposición de los trabajadores, las condiciones individuales, los elementos de protección utilizados, etc., que condicionan decisivamente el riesgo para la salud existente en los puestos de trabajo. Los efectos de estas sustancias sobre la salud se producen a partir de su entrada en el organismo, lo que a su vez constituye el punto de arranque de complejos procesos que regulan su distribución, biotransformación, acumulación y eliminación, que van a ser determinantes en la afectación del trabajador. De ahí el interés que tiene la consideración de las rutas de penetración de los' contaminantes, así como de su importancia relativa en el ambiente laboral. La principal ruta de entrada es la vía respiratoria, a través de la cual los contaminantes penetran en el organismo mezclados con el aire inspirado. Una parte del contaminante será retenido en las vías respiratorias altas y medias, pero otra parte penetrará hasta los pulmones donde formara depósitos o se absorberá pasando al torrente sanguíneo que lo distribuirá por todo el organismo. La aportación de esta vía de entrada dependerá de la concentración del contaminante y, en el caso de contaminantes en forma de polvo, del tamaño de las partículas. En orden de importancia le sigue la vía dérmica, ya que algunas sustancias en contacto con la piel son absorbidas y pasan directamente al torrente circulatorio. En ciertos casos muy especiales la contribución de esta vía puede ser incluso más importante que la respiratoria, en la gran mayoría será una vía secundaria y en muchos casos los contaminantes no penetran por esta vía. Cuando exista penetración dérmica será necesario tenerla en cuenta a efectos de evaluación como contribución adicional a la respiratoria y, a efectos de reducción del riesgo, utilizando guantes y ropa de trabajo que impidan el contacto directo del contaminante con la piel. En último lugar en orden de importancia se encuentra la vía digestiva, que estará casi siempre asociada a una deficiente higiene personal y a unos hábitos personales inadecuados. La penetración por esta vía se produce casi siempre como consecuencia del hábito de comer, beber o fumar en el puesto de trabajo o en sus proximidades, sin las debidas precauciones.

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Para finalizar este punto destinado a tratar de los factores ambientales, es importante destacar el concepto de dosis, definiendo como tal la cantidad de contaminante realmente absorbida por el organismo del trabajador y en la cual se ha de contabilizar la procedente de las diferentes vías de entrada. El conocimiento de la dosis es importante porque la magnitud de los efectos producidos por el contaminante está relacionada con ella. Cuando la única vía significativa es la respiratoria, la dosis puede expresarse como el producto de la concentración por el tiempo de exposición. Aún cuando esta formulación es simplista en extremo, ya que influyen sobre la misma las características de cada individuo, el ritmo de trabajo, su capacidad respiratoria y las condiciones térmicas del ambiente, ayuda a comprender que la dosis de un contaminante recibida por un trabajador depende de la concentración ambiental en el puesto de trabajo y del tiempo que el trabajador permanece expuesto y que, por tanto, para reducir esta dosis es factible actuar sobre alguno de estos dos factores o sobre ambos simultáneamente.

Agentes Biológicos Constituidos por microorganismos, tales como virus, bacterias u hongos, cuya presencia en el ambiente y en contacto directo con la piel, producen enfermedades de muy diferente índole. En ambientes industriales no tienen una particular importancia, sí se exceptúan las frecuentes enfermedades de la piel producidas por contagios de hongos en los servicios de higiene de uso comunitario por los trabajadores. En ciertas actividades como son las de servicios sanitarios y hospitalarios o en aquellas que se desarrollan en contacto con animales, la incidencia de estos agentes puede ser muy importante.

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CAPITULO 2 CONTAMINANTES QUIMICOS

CONTENIDO

Pagina

1. Conceptos Generales

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2. La atmósfera

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3. Clasificación de los contaminantes químicos

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3.1 Clasificación de los contaminantes químicos según su

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estado físico. 3.2 Clasificación según sus propiedades físico químicas

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4. Acción de los contaminantes químicos: Efectos

21

5

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Vías de entrada de los contaminantes químicos en el organismo

6. Ruta metabólica de los contaminantes químicos

13

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Contaminantes Químicos: Gases

1.

CONCEPTOS GENERALES.

Contaminante químico es toda sustancia orgánica e inorgánica, natural o sintética que, durante su fabricación, manejo, transporte, almacenamiento o uso, puede incorporarse al aire ambiente en forma de polvo, humo, gas o vapor, con efectos irritantes, corrosivos, asfixiantes ó tóxicos y en cantidades que tengan probabilidades de lesionar la salud de las personas que entran en contacto con ellas. De la definición anterior se desprende la dificultad de efectuar un estudio completo y sistemático de esta parte importante de la Seguridad e Higiene Industrial. 2.

LA ATMÓSFERA

Composición gaseosa de la atmósfera La atmósfera o aire atmosférico está compuesto de varios gases diferentes. Su composición se considera constante en toda la superficie terrestre, excepto en el caso de variaciones producidas por el hombre mediante emisiones locales de gas. Los principales elementos que forman el aire son los reflejados en la siguiente tabla. Composición de Aire Volumen % Oxígeno 20.93 Nitrógeno 78.11 Dióxido de Carbono 0.03 Gases Inertes 0.93 Vapor de Agua Variable Entre los gases inertes están comprendidos principalmente el argón, hidrógeno, neón, kriptón etc. Estos no entran en ninguna reacción fisiológica normal y se les puede considerar incluidos en la concentración de nitrógeno a efectos prácticos. Así la composición de la atmósfera es considerada como, oxígeno 21%, nitrógeno 79 % y vapor de agua. La composición constante del aire, a pesar de la constante adicción de dióxido de carbono debido a la actividad de los seres vivos, se debe principalmente a la acción de las plantas que absorben dióxido del carbono y emiten oxígeno, y al agua de los océanos que disuelve muchos otros gases contaminantes. Propiedades Físicas y Químicas El aire atmosférico tiene un peso específico de 1, es incoloro, inodoro e insípido y, aunque no es inflamable, mantiene la combustión.

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Presión Atmosférica La atmósfera forma una capa alrededor de la tierra de unos 300 kilómetros de espesor, y ejerce una presión sobre la superficie que variará con la temperatura, humedad y distancia a la superficie de la tierra (altitud). La presión atmosférica se puede expresar en atmósferas o bares (1 atmósfera = 1.013 bares). La presión atmosférica media al nivel del mar es igual a 101.3 kilopascales, 1,013 milibares o 760 milímetros de mercurio. En recintos cerrados, hay que tener en cuenta que variaciones de presión afectan a las condiciones de ventilación. Variaciones de presión y sus efectos en recintos subterráneos. Es indispensable efectuar medidas de presión en la superficie para realizar la ventilación de un recinto subterráneo, porque los cambios en la presión atmosférica afectaran considerablemente los trabajos en el interior, especialmente si hay de salas donde se han podido almacenar gases tóxicos Normalmente se considera que hay poco riesgo en espacios bien ventilados y cuando el barómetro se mantiene constante o sube, ya que se establece un estado de equilibrio, de modo que la renovación de aire elimina los posibles gases desprendidos. Las variaciones en la presión atmosférica afecta poco o nada a la velocidad de generación de los gases dentro del recinto. Resulta peligroso cuando la presión baja rápidamente. Todos los gases se expanden cuando la presión a que están sometidos es baja, y se comprimen cuando aumenta. Cuando tenemos una disminución en la presión barométrica, tenemos una reducción de la presión atmosférica, tanto en superficie como en el interior de los recintos subterráneos, y este efecto da lugar a que los gases tóxicos almacenados en el interior extiendan e invadan otros espacios. Si la disminución de la presión es lenta, los gases se expanden de forma gradual, siendo diluidos por la ventilación normal. Pero cuando la presión disminuye, el volumen de gases que invaden el resto de las salas en un corto periodo de tiempo, puede llegar a resultar peligroso. En otras palabras, no es tanto la variación de presión lo que aumenta el riesgo de presencia de gases tóxicos, sino la velocidad con que se produce la variación de la presión. Se debe tener en consideración que los propios gases almacenados en los subterráneos actúan como un barómetro y es muy posible que se expandan y difundan antes de que el barómetro aprecie variaciones de presión. Por consiguiente, aunque la lectura del barómetro permanezca estable, no se debe descuidar la observación de las medidas de seguridad.

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Contaminantes Químicos: Gases

La situación ideal es mantener una ventilación adecuada en cualquier condición, independientemente de las variaciones de la presión indicadas en el barómetro. Y se debe recordar que es precisamente cuando la lectura del barómetro es alta, cuando es más probable que se produzca una disminución en la presión atmosférica.

3.

CLASIFICACION DE LOS CONTAMINANTES QUIMICOS

Los diversos contaminantes químicos pueden clasificarse de varias formas, pero vamos a estudiar solamente tres desde el punto de vista de Higiene: -

3.1

•

Según su estado físico: por la forma de presentarse. Según sus propiedades fisico -quimicas. Por sus efectos en el organismo humano.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONTAMINANTES QUÍMICOS SEGÚN SU ESTADO FÍSICO. Aerosol

Un aerosol es una dispersión de partículas sólidas ó líquidas, de tamaño inferior a 100 µ en un medio gaseoso. Dentro del campo de los aerosoles, se presentan una serie de estados físicos que definiremos a continuación. El equivalente en terminología inglesa lo indicaremos a continuación del nombre castellano, entre paréntesis. •

Polvo (Dust).

Suspensión en el aire de partículas sólidas de tamaño pequeño procedentes de procesos físicos de disgregación. La gama de tamaños de partículas de polvo es amplia, aunque oscilan entre 0,1 y 25µ. Los polvos no floculan excepto bajo fuerzas electrostáticas, no se difunden en el aire y sedimentan por la acción de la gravedad. •

Nieblas (Mist).

Suspensión en el aire de pequeñas gotas de líquido que se generan por condensación de un estado gaseoso o por la desintegración de un estado líquido por atomización, ebullición, etc. El margen de tamaños para estas gotas es muy amplio, va desde 0,01 a 10 µ, resultando algunas apreciables a simple vista.

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Contaminantes Químicos: Gases

•

Bruma (Fog).

Se definen así suspensiones en el aire de pequeñas gotas líquidas apreciables a simple vista, originadas por condensación del estado gaseoso. Podemos encontrar partículas dentro del margen de tamaño comprendido entre 2 y 60 µ,. En muchas publicaciones éste concepto se refunde con el de niebla. •

Humo (Smoke).

Suspensión en el aire de partículas sólidas originadas en procesos de combustión incompleta. Su tamaño es generalmente inferior a 0,1µ. •

Humo metálico (Fume).

Suspensión en el aire de partículas sólidas metálicas generadas en un proceso de condensación del estado gaseoso, partiendo de la sublimación o volatilización de un metal; a menudo va acompañado de una reacción química generalmente de oxidación. Su tamaño es similar al del humo. Estas partículas floculan (unión de partículas pequeñas formando otras de tamaño mayor). El término inglés (smog) es aplicable a grandes contaminaciones atmosféricas, no en Higiene Industrial, sino en Medio Ambiente. •

Gas

Estado físico normal de una sustancia de 25º C y 760 mm. de Hg. de presión. Son fluidos amorfos que ocupan el espacio que los contiene y que pueden cambiar el estado físico únicamente por una combinación de presión y temperatura. Las partículas son de tamaño molecular y por tanto pueden moverse bien por transferencia de masa o por difusión o bien por la influencia de la fuerza gravitatorio entre las moléculas. •

Vapor

Fase gaseosa de una sustancia ordinariamente sólida o líquida a 25ªC y 760 mm. de Hg de presión. El vapor puede pasar a sólido o líquido actuando bien sobre su presión o bien sobre su temperatura. El tamaño de las partículas también en este caso es molecular y se puede aplicar a todo lo dicho para gases. En la siguiente tabla se reflejan los tamaños de las partículas de los contaminantes, según la forma de presentarse.

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Contaminantes Químicos: Gases

Partículas Aerosoles Niebla Polvo y humo metálico Polvo y humos metálicos fund. Polvo de fundición Niebla ácido sulfúrico Gases Negro de humo Humo de aceites Cenizas

Tamaño Inferior (µ).s 0,005 1 0,001 0,1 1 0,5 0,0005 0,001 0,03 1

Tamaño Superior (µ) s. 50 500 100 100 1.000 20 0,008 0,04 1 800

En la tabla siguiente se pueden observar resumidas las características más importantes de los contaminantes químicos según el estado de agregación en el que están presentes en los ambientes laborales. ESTADO FISICO

SOLIDO

LIQUIDO

TIPO

TAMAÑO (Micras)

DEFINICION

EJEMPLOS

Suspensión en el aire de partículas Carbón, 0,1 - 25 sólidas procedentes de fenomenos Caolín, POLVO de disgregación metálica. madera, sustancias inertes etc. Longitud >5 Suspensión en el aire de partículas Amianto, fibra Ancho < 3 sólidas de naturaleza fibrosa. de vidrio, lana FIBRAS Lon/anc. > 3 de vidrio, etc. Suspensión en el aire de partículas Asfalto, < 0,1 sólidas generadas en procesos de carbón, HUMOS combustión incompleta hidrocarburos , etc. Suspensión en el aire de partículas Aluminio, sólidas metálicas generadas por cadmio, HUMOS < 0,1 condensación del estado gaseoso, cromo, METALICOS partiendo de la sublimación o la estaño, volatización de un metal. hierro, magnesio, níquel, plomo Suspensión en el aire de pequeñas Aceite gotas de líquidos generados por mineral, ácido NIEBLAS O 450º C < 300º C > 300º C < 200º C >200 ºC < 135º C > 135º C < 100º C >100 ºC < 85º C > 85º C

Límites de explosión

Limite inferior de explosión (LIE): Es la concentración de gases, vapores o mezclas inflamables en el aire, por encima de la cual se formará una atmósfera de gas explosiva. Limite superior de explosión (LSE). Es la concentración de gases, vapores o nieblas inflamables en el aire, por debajo de la cual se formará una atmósfera de gas explosiva. Estos límites normalmente se expresan en tanto por ciento de gas o vapor en aire •

Líquidos, gases y vapores inflamables en la atmósfera

Son las substancias inflamables, cuya posibilidad de escape a la atmósfera hay que considerar en la clasificación de áreas para instalaciones eléctricas. Se consideran fundamentalmente los gases permanentes, los gases licuados del petróleo y los vapores de líquidos inflamables. •

Gases permanentes:

Son generalmente mezclas más ligeras que el aire de gases como el metano, el hidrógeno etc. Los gases permanentes, al escapar por una abertura, se dispersan rápidamente debido a su baja densidad. Excepto en lugares cerrados, estos gases producen raras veces mezclas peligrosas en las zonas cercanas al nivel del suelo. •

Gases Licuados del petróleo (GLP):

Los gases licuados inflamables más comunes son el propano, el butano y sus mezclas, con densidades, entre 1,5 y 2 veces la del aire. Estos gases licuados escapan en forma de gas, son muy volátiles y tiene bajas temperaturas de ebullición, produciendo grandes volúmenes de vapor. Los vapores pesados recorren largas distancias sobre el suelo si las corrientes de aire no ayudan a su dispersión. 44

Contaminantes Químicos: Gases

•

Fuente de escape

Es un punto o lugar desde el que se pueden escapar a la atmósfera, gases, vapores o nieblas de tal modo que se pueda formar una atmósfera de gas explosiva. •

Punto de destello (Flash point)

Es la mínima temperatura a la que un líquido desprende vapor suficiente para formar con el aire una mezcla inflamable en la proximidad de su superficie. •

Líquidos inflamables

Los líquidos inflamables varían en volatilidad y se pueden definir como aquellos líquidos cuyo punto de destello esté por debajo de 60º C. Se pueden clasificar según UNE 009: 1. Categoría I: Líquidos con temperatura de destello inferiores a 38ºC. 2. Categoría II: Líquidos con temperatura de destello entre 38ºC. y 60ºC. 3. Categoría III: Líquidos con temperatura de destello igual o superior a 60ºC. La densidad del aire saturado con los vapores de estos líquidos inflamables, es inferior a 1,5 veces la del aire. Sin embargo, cuando se diluyen con suficiente cantidad en el aire para formar mezclas explosivas, la densidad de la mezcla se acerca a la del aire. •

Punto de ebullición

Es la temperatura mínima de un líquido que hierve a una presión ambiente de 101,3 kPa (1. 013 milibares). •

Cantidad mínima de sustancia peligrosa

Indica la cantidad mínima a partir de la cual se aplican las prescripciones de seguridad. •

TLV.

Valor Umbral Límite. Es sólo un valor de referencia de los valores de concentración a los que puede verse expuesto un trabajador sin que sufra daños en su salud. Existen 3 categorías de valores TLV (Threshold Limit Values): 1. TLV-TWA. Se refiere a los valores de concentración media recomendados durante exposiciones en una jornada de ocho horas diaria, durante cinco días a la semana.

45

Contaminantes Químicos: Gases

2. TLV-STEL. Considera la concentración a la que pueden verse expuestos de manera continua los trabajadores durante un corto periodo de tiempo. Suelen tomarse periodos de 10 o 15 minutos. 3. TLV-C. Es la concentración que no puede excederse en ningún momento. •

ppm

•

Inflamable

Partes por millón.

Se considera un gas como inflamable cuando al mezclarse con el aire propaga una llama lejos de la fuente de ignición. Se suele estudiar la inflamabilidad mediante los límites de explosividad que ya hemos definido, ya que este fenómeno de propagación suele estar asociado a importantes variaciones de presión. •

Peso Específico

El peso específico de un gas es el peso de ese gas comparado con el peso del mismo volumen de aire a la misma temperatura y presión. •

Evaluación ambiental

La evaluación ambiental es un diagnóstico sobre una situación producida por uno o varios factores ambientales o la acción combinada de ellos. Se basa en los datos obtenidos en unas mediciones o estimadores de la exposición y en su relación a unos criterios higiénicos de valoración ó estándares de exposición. Se trata, en resumen, de comparar unos niveles de exposición con unos criterios admisibles. El determinar la concentración de un contaminante en la atmósfera de trabajo presenta una serie de dificultades, unas derivadas de la variabilidad de dicha concentración, y otras determinadas por el método utilizado en la toma de muestras y del análisis. Para solventar una parte de éstos problemas es preciso establecer una adecuada estrategia de muestreo con el fin de obtener unas estimaciones representativas de la exposición real. El otro aspecto a considerar en la evaluación ambiental lo constituye la calidad ó exactitud del criterio de valoración a utilizar, es decir, si dicho criterio es suficientemente fiable para la prevención de los riesgos profesionales. 4.

ESPACIO CONFINADO

Se Puede definir como un área que: • •

Es suficientemente grande para que un trabajador pueda entrar y realizar una tarea. Tiene limitaciones u ofrece dificultades para entrar o salir. 46

Contaminantes Químicos: Gases

•

No está diseñada para un trabajo continuo.

La entrada en un espacio confinado (EC) requiere un permiso firmado por un responsable cuando se presume que pueden existir uno o más de los siguientes peligros: • • • •

Contiene o puede potencialmente contener atmósfera peligrosa. Contiene material que puede ocasionalmente engullir. Tiene una geometría interna que en la intervención se puede quedar atrapado en el interior por paredes convergentes o un paso en declive que conduce a un estrechamiento. Pueden ocurrir peligros de cualquier tipo afectado a la salud o seguridad de las personas.

Los EC’s pueden tener formas y tamaños muy variados y se encuentran en cualquier tipo de industria., deben ser objeto de análisis para determinar las medidas y precauciones necesarias. Como ejemplo podemos citar: • • • • • • • • • • •

Depósitos Calderas Mezcladoras Fosos de bombas Silos Torres refrigeración Alcantarillas y galerías Recipientes Espacios con entrada por el fondo Cisternas Fosos en mataderos

Cualquier otro espacio confinado no incluido en la lista es recomendable tratarlo como desconocido, peligroso y analizarlo Peligrosidad en un EC Los peligros o riesgos existentes en los espacios confinados son muy variados, y cada uno se debe tratar en la forma mas apropiada, adoptando las medidas de seguridad pertinentes para cada caso. A continuación se describe el origen de los riesgos al entrar en un EC para varios casos típicos: •

Cuando vaciamos un EC para mantenimiento, limpieza, etc. y éste ha contenido productos químicos, combustibles u otras substancias, sus paredes o fondo contienen restos cuya evaporación puede contaminar la atmósfera.

47

Contaminantes Químicos: Gases

•

Fugas o derrames accidentales de substancias tales como amoniaco, acetileno, ácidos e incluso agua, pueden crear un peligro en el EC al contaminar el ambiente, aparte del riesgo de resbalar y caerse.

•

En un EC pueden producirse reacciones químicas generando subproductos, como es el caso de subproductos de fabricación que reaccionen con el aire, o bien de limpiezas con ácidos ó disolventes. Otro ejemplo es el secado de pintura, que crea vapores tóxicos o incluso gases explosivos.

•

Procesos de oxidación, descomposición y fermentación de materias orgánicas pueden disminuir el nivel de oxigeno en el EC y llegar a límites peligrosos para garantizar la respiración.

•

Otros procesos tales como soldadura, pintura, limpieza, granallado, conllevan el desprendimiento de gases tóxicos o explosivos en el EC, así como el posible desplazamiento de oxígeno.

•

La inertización con productos tales como el CO2, He y N2, pueden desplazar el oxígeno reduciendo su nivel a un límite peligroso, aparte de su combinación con otras substancias presentes, creando un riesgo ambiental.

Riesgos en un Espacio Confinado En líneas generales pueden agruparse las situaciones peligrosas en seis grupos: -

Riesgos relativos al ambiente. Riesgos físicos del entorno. Peligro de enterramiento. Riesgos corrosivos. Peligros biológicos Otro tipo de riesgos.

Riesgos relativos al ambiente El riesgo potencial que puede estar presente en la atmósfera que rodea al trabajador es de suma importancia, puesto que frecuentemente el peligro no es palpable y piede originar la muerte, incapacidad, daños o sería enfermedad por causa de una o mas de las siguientes razones: •

La presencia de oxígeno por debajo del 19,5 % Vol. (deficiencia de oxígeno) o por encima del 23,5 % Vol. (exceso de oxígeno)

•

Presencia de gas y/o vapor inflamable por encima del 10 % de su Límite Inferior de Explosividad (L.I.E.) 48

Contaminantes Químicos: Gases

•

Contaminantes de gases tóxicos, superando los límites de esxposición permisibles (STEL).

•

Polvo combustible en suspensión o concentraciones que impiden la visión a distancias de 1 m. O menos.

•

Cualquier contaminante que ademas de producir efectos insalubres, pueda dañar los ojos, causar irritación u otra causa que dificulte el escape.

Mientras que las concentraciones de partículas o polvo en el ambiente pueden ser fácilmente percibidas, la diferencia o enrequecimiento de oxígeno, así como las concentraciones nocivas de vapores y/o gases deben ser detectadas usando instrumentos fiables. 

Deficiencia de Oxígeno

El aire ambiente en condiciones normales, contiene una concentración de oxígeno de 20,8 % en volumen. Cuando el nivel de oxígeno en el EC cae bajo el 19,5 %, el área debe ser considerada como deficiente en oxígeno. En atmósfera deficientes de oxígeno, este es desplazado por otros gases tales como el dióxido de carbono, por lo cual resulta un peligro letal para la respiración. La deficiencia de oxígeno puede ser debida a oxidaciones, corrosión, fermentación u otras reacciones que consuman oxígeno. Cuando los materiales se descomponen, el oxígeno es detraído del ambiente como reactivo por el proceso de oxidación. El impacto de la deficiencia de oxígeno puede ser gradual o repentino en función de su concentración, del nivel de actividad de los trabajadores y de la concentración de otros gases presentes. En general, un nivel deficiente de oxígeno en el ambiente causa los síntomas fisiológicos que se indican en la Tabla 1. 

Enriquecimiento de Oxígeno

Cuando la concentración de oxígeno supera el 23,5 % en volumen, el ambiente se considera rico en oxígeno y es susceptible de ser inestable. Como resultado del alto nivel de oxígeno, la posibilidad y severidad de un flash de llama o explosión se incrementa considerablemente. 

Gases Combustibles

Para que ocurra una combustión deben concurrir tres elementos: 1, combustible 2, oxígeno para mantener la combustión y 3, calor o fuente de ignición. Esto se conoce como triángulo de fuego (véase Figura 1), en el cual, si eliminamos uno de sus lados, la combustión no puede tener lugar.

49

Contaminantes Químicos: Gases

Figura 2. Fases mezcla aire-gas

El porcentaje de gas combustible en el aire es también importante. Por ejemplo; en una arqueta con ambiente normal sucede una fuga de gas combustible (metano o gas natural) que se mezcla con el aire. Cuando la relación aire/gas varia, el ambiente del EC pasa por tres fases: pobre, explosiva y rica (véase figura 2). En la fase de ambiente pobre no hay suficiente gas para que queme. Por otra parte, en el ambiente rico hay demasiado gas y poco aire. Sin embargo, en el ambiente inflamable existe la mezcla correcta para la reacción del gas con el aire constituyendo una atmósfera especialmente explosiva. Hay que tener en cuenta sin embargo, que una mezcla muy rica, puede diluirse por entrada de aire fresco y transformarla en inflamable o explosiva. Podríamos efectuar una simple analogía con lo que ocurre en la puesta en marcha de algunos automóviles. En un día frío no arranca (la mezcla de carburante es pobre porque la gasolina no vaporiza suficientemente) y podemos ahogarlo con demasiada gasolina ( mezcla rica en carburante). Después cuando la mezcla es correcta (explosiva) el vehículo arranca. 

Gases Tóxicos

Los efectos fisiológicos de los gases tóxicos que comúnmente pueden encontrarse en un EC so típicamente generales y pueden diferir según la salud y actividad del individuo expuesto. • Monóxido de Carbono (CO) Es un gas inodoro e incoloro, generado por la combustión de combustibles normalmente usados con insuficiencia de aire o combustión incompleta. A menudo es producido por accidental o impropio mantenimiento de los quemadores o por la penetración en EC del escape de motores de combustión interna. • Sulfídrico (SH2) Este gas incoloro huele a huevos podridos, pero el olor no debe de ser tomado como un signo de aviso, ya que la sensibilidad pituitaria desaparece rápidamente después de inhalar pequeñas cantidades de gas. Se encuentra a menudo en alcantarillas o plantas de tratamientos de aguas residuales, así como en residuos de las petroquímicas. Además el SH2 es inflamable y explosivo en altas concentraciones. 50

Contaminantes Químicos: Gases

Un repentino envenenamiento puede causar inconsciencia y paro respiratorio. En bajas concentraciones produce nauseas, vó,mitos, irritación ocular, tos, dolor de cabeza y llagas en la boca. Nivel SH2 (PPM)

Efectos Fisiológicos Irritación ocular Irritación respiratoria Fuerte irritación Inconsciencia, muerte Muerte en minutos

18 - 25 ppm. 75 – 150 ppm. 170 - 300 ppm. Durante 1 hora 400 - 600 ppm. Durante 30 minutos 1000 ppm.

•

Dióxido de Azufre (SO2)

La combustión de azufre o compuestos que lo contienen produce este gas picante e irritante, Exposiciones severas pueden producirse en la carga y descarga de cisternas, botellas o tuberosa cuando revientan y/o fugan, así como al fumigar las bodegas de los buques que transportan cereales.

Nivel SO2 (PPM.)

Efectos Fisiológicos Incrementa el ritmo respiratorio y el pulso, disminuyendo el volumen inhalado.

1 a 10 ppm.

•

Amoniaco (HN3).

Es un gas extremadamente irritante que puede producir la muerte por espasmos y colapso respiratorio. Pequeñas concentraciones, que no producen grandes irritaciones , pasan rápidamente a través del tracto respiratorio y se metabolizan de forma que no actúan entonces como amoniaco. Si se ha tenido la experiencia de oler una solución amoniacal para la limpieza doméstica, habrá notado dificultades respiratorias y puede inferir fácilmente los problemas que pueden ocurrir frente a una fuerte exposición en un accidente industrial. El amoniaco puede ser explosivo si el contenido de un depósito o de un sistema de frigorífico se derrama sobre una llama. Nivel NH3 (PPM) 300 – 500 pp. Durante 30 a 60 minutos 400 ppm. 2500 – 6000 ppm. Durante 30 minutos > 5000 ppm.

Efectos Fisiológicos Dosis máxima de exposición. Irritación en ojos y tracto respiratorio Irritación garganta Peligro de muerte Mortal 51

Contaminantes Químicos: Gases

•

Cianhídrico (CNH)

Este gas es un rápido y peligroso veneno que afecta las células del sistema respiratorio causando asfixia. El CNH en estado líquido es un fuerte irritante de las mucosas oculares y de la piel. •

Hidrocarburos Aromáticos

Benceno: Líquido volátil, incoloro e inflamable de olor mas bien agradable. Produce un envenenamiento crónico si se inhala en pequeñas dosis por largos periodos. El primer síntoma es de euforia, seguido de soñolencia, laxitud, vómitos, espasmos, alucinaciones, delirio e inconsciencia. Tolueno: Líquido también volátil, incoloro e inflamable cuyo fuerte aroma nos alerta de las altas concentraciones. Produce gran fatiga, confusión mental, náuseas, dolor de cabeza y desvanecimiento. Xileno: Es un disolvente cuyas propiedades físicas y químicas son semejantes al benceno Substancia Monóxido Carbono Acido Sulfídrico Dióxido de Azufre Amoniaco Acido Cianhídrico Benceno Tolueno Xileno

TLV (PPM) 25 10 2 25 0.5xx 50 100

STEL (PPM) 15 5 35 4.7 2.5 150

PEL (PPM) s/OSHA 50 5 50 10 1 100

Tabla VI: Límites Exposición ACGHI. (XX) ** Carcinógeno. En esta tabla se indican los niveles de exposición publicados en 1999 por ACGIH (Asociación Americana de Higienistas Industriales) para las substancias químicas anteriormente descritas



Riesgos Físicos

Después de los peligros ambientales del EC han sido identificados, es necesario también considerar los riesgos físicos que conlleva trabajar en el área. Los riesgos físicos, tales como equipos de trituración agitadores, transmisiones, engranajes y otras partes móviles pueden construir un peligro en el EC. La existencia de tuberías, escalones o superficies mojadas pueden ocasionar tropiezos, pérdida de equilibrio o caídas. 52

Contaminantes Químicos: Gases



Peligro de enterramiento

Este riesgo frecuentemente está presente en lugares donde se almacenan materiales a granel, como cereales, gravilla, harina o serrín. A menudo están almacenados en silos u otro equipo similar y pueden formar huecos que colapsan bajo el peso del operario. El riesgo de engullido produce un bloqueo de las vías respiratorias o comprime al tronco hasta el punto de impedir la respiración. 

Riesgos corrosivos

Las substancias químicas corrosivas, tales como ácidos, disolventes o álcalis son otros de los peligros en los EC. El contacto de estas substancias con la piel, las membranas mucosas o los ojos pueden causar irritación o serias quemaduras. Los vapores de estas substancias irritan el sistema respiratorio y pueden también causar enfermedades gastrointestinales. 

Peligros biológicos

Los riesgos biológicos, tales como bacterias, mohos y esporas, frecuentes en lugares oscuros y cerrados pueden irritar el sistema respiratorio. Bacterias y virus, presentes en instalaciones como el tratamiento de aguas residuales, pueden también transmitir al operario una serie de enfermedades. Por otra parte las heces de pájaros y animales constituyen un peligro infeccioso para el operario. 

Otros riesgos

Como otros peligros, podrimos consignar la falta de visibilidad, iluminación inadecuada y piso irregular que pueden incrementar el riesgo de moverse en el EC. Es también digno de mención la posible existencia en el EC de roedores, serpientes, arañas o insectos. Finalmente deben tenerse en cuenta que los cambios de viento o condiciones atmosféricas pueden contribuir a inesperadas variaciones en el ambiente EC.

5.

GASES INFLAMABLES Los términos "inflamable", "explosivo" y "combustible " son intercambiables para los propósitos de esta presentación). La combustión es una reacción química bastante simple, en la cual el oxígeno (comburente) se combina rápidamente con otra substancia (combustible), con resultado de un desprendimiento de energía. Esta energía 53

Contaminantes Químicos: Gases

se desprende principalmente en forma de calor, pudiendo algunas veces provocar llamas. La substancia combustible, normalmente, es un compuesto orgánico o un hidrocarburo, y puede ser un sólido, líquido, vapor o gas. Sin embargo, en esta presentación solo se van a considerar los gases y vapores. El proceso de combustión puede representarse mediante el conocido triángulo de fuego. Como puede verse, siempre se necesitan tres factores, es decir, una fuente de ignición, oxígeno y un combustible en forma de gas o de vapor. En cualquier sistema de prevención, por lo tanto, el objetivo es siempre eliminar al menos uno de estos factores de riesgo potencial.

6.-

LÍMITES DE EXPLOSIVIDAD

En el "triángulo de fuego" puede verse que hay únicamente una banda limitada de concentraciones gas/aire o combustible /oxígeno que pueden producir una mezcla combustible. Esta banda de concentración es específica para cada gas o vapor y está limitada por un nivel superior, conocido como Límite Superior de Explosividad (LSE o UEL, según la terminología inglesa) y un nivel inferior, llamado Límite Inferior de Explosividad (LIE o LEL, según la terminología inglesa). A niveles por debajo del LIE, no hay suficiente gas para producir una explosión (es decir, la mezcla es demasiado pobre"), mientras que por encima del LSE, la mezcla no tiene suficiente oxígeno (es decir, la mezcla es demasiado "rica"). El margen inflamable está, por tanto, entre los límites del LSE y el LIE, individualmente para cada gas o mezcla de gases. Fuera de estos límites, la mezcla no puede realizar la combustión. Los datos en las diferentes tablas de valores TLV y LSI/LSE vienen dados para gases y vapores en condiciones normales de presión y temperatura. Un aumento de la presión, temperatura o contenido de oxígeno, generalmente amplía el margen de inflamabilidad.

En las plantas industriales, normalmente no debería haber fugas de gases a la zona circundante o, en el peor de los casos, solamente presencia de unas trazas mínimas. Por tanto, el sistema de detección y prevención sólo se necesita para detectar niveles desde un cero por ciento de gas hasta el límite inferior de explosión. En cuanto una concentración sea detectada, se deben poner en marcha procedimientos de

54

Contaminantes Químicos: Gases

parada y eliminación de la fuga. De hecho, estas acciones se suelen tomar a niveles típicos de gas equivalentes al 50% del valor LIE, proporcionando así, un adecuado margen de seguridad. Sin embargo, debe recordarse que en zonas cerradas o sin ventilación, puede darse una concentración por encima del LSE. Por tanto, cuando se inspeccione, deberán tomarse medidas especiales al abrir escotillas o puertas, ya que la entrada de aire del exterior puede diluir los gases hasta convertirlos en una mezcla con riesgo de explosión. 7.-

ZONAS DE RIESGO

No todas las zonas de una planta industrial o de un emplazamiento se consideran zonas de igual riesgo. Por ejemplo, una mina subterránea de carbón, se considera siempre como una zona de máximo riesgo porque siempre puede haber presencia de metano. Por otro lado, una fábrica donde el metano se dispone ocasionalmente en tanques de almacenaje, se considerará de riesgo potencial en la zona cercana a los tanques o en las conducciones de conexión. En este caso, es necesario solamente tomar precauciones en esas zonas donde podría tener lugar una fuga de gas.

Con el fin de llevar a cabo algún control regulador en la industria, ciertas áreas (o "zonas" como se llaman en Europa) se han clasificado de acuerdo con su probabilidad de riesgo. Las tres zonas se clasifican como: ZONA 0

En ella hay continuamente presente, o durante largos períodos de tiempo, una mezcla explosiva gas/aire.

ZONA 1

En ella es probable que se forme una mezcla explosiva gas/aire durante el funcionamiento normal de la planta.

ZONA 2

En ella no es probable que se forme una mezcla explosiva gas/aire durante el funcionamiento normal de la planta.

55

Contaminantes Químicos: Gases

En Norteamérica, la clasificación es ligeramente distinta e incluye solamente dos clases conocidas como "divisiones". La División 1 es equivalente a las Zonas Europeas 0 y 1 combinadas, mientras que la División 2 es aproximadamente equivalente a la Zona 2.

Europa (CENELEC) Norteamérica

Riesgo Continuo Riesgo Frecuente Zona 0 Zona 1 División 1

Riesgo Posible Zona 2 División 2

En la planta típica de la ilustración, puede haber una o más zonas diferentes y la acción se llevará a término de acuerdo con la probabilidad de riesgo de cada una. 8.-

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE SEGURIDAD

Para procurar un nivel de seguridad adecuado y un funcionamiento de los equipos eléctricos en atmósferas inflamables, se han introducido una serie de requisitos de diseño estándar. Estos requisitos de diseño estándar son seguidos por los fabricantes de aparatos, destinados a utilizarse en áreas de riesgo y deben certificarse de acuerdo a las normas adecuadas para su utilización. De igual forma, el usuario es responsable de asegurarse de que en la zona de riesgo solamente se utilizan equipos con las certificaciones adecuadas. Para los equipos de detección de gas, los dos diseños de seguridad eléctrica más utilizados son "antideflagrante" (también conocido como "flameproof" o "explosion-proof" según la terminología inglesa y con el símbolo de identificación Ex d) y seguridad intrínseca" con el símbolo Ex i. Antideflagrante sirve para designar un instrumento tal, que su carcasa sea lo suficientemente fuerte como para resistir una explosión interna de gas inflamable sin sufrir daños ni transmitir la llama al exterior. Esta explosión puede deberse a una ignición accidental de una mezcla explosiva gas/aire dentro del instrumento. Las dimensiones de los huecos de la caja "Antideflagrante" (p.e. la junta de una brida) deben calcularse de forma que una llama no se propague a través de ellos a la atmósfera exterior. Seguridad intrínseca sirve para diseñar un instrumento tal que su energía interna máxima desarrollada se mantenga por debajo del valor umbral de ignición. (Chispa o 56

Contaminantes Químicos: Gases

calentamiento en caso de producirse un fallo interno o en algún equipo conectado). Seguridad intrínseca es el más alto nivel de clasificación y cualquier equipo designado y certificado con este estándar, puede utilizarse en la Zona 0 (EEx ia), Zona 1 o Zona 2 (EEx ib). Los instrumentos certificados como antideflagrantes solo pueden utilizarse en la Zona 1 o en la Zona 2. Seguridad Aumentada (Ex e) es un protección en la que se aplican procedimientos adicionales para proporcionar seguridad extra a los equipos eléctricos. Es adecuado para equipos en los que ninguna parte puede producir chispas o arcos o superar la temperatura limite en funcionamiento normal. ‘Encapsulado’ es un modo de protección mediante la inserción de los componentes electrónicos en un medio o carcasa. Algunos de los productos disponibles consiguen la certificación de seguridad utilizando una combinación de diseños de seguridad para partes discretas. Por ejemplo, Ex e para cajas de, conexiones, Ex i para el alojamiento de circuitos, Ex m para componentes electrónicos encapsulados y Ex d para cajas o alojamientos que puedan contener gases peligrosos. 9.-

CLASIFICACIÓN DE EMPLAZAMIENTOS

9.1.-

CLASE I SEGÚN UNE 20.322-86

•

Campo de aplicación y objeto

A causa de la gran variedad de elementos a considerar para establecer la clasificación de emplazamientos (las características propias de los gases, vapores o nieblas inflamables, sus temperaturas de ignición, el porcentaje de mezcla con el aire, las condiciones de ventilación, etc.) es necesaria la utilización de la propia experiencia y tener un buen criterio de selección. Las conclusiones y los resultados a los que lleguen los especialistas tendrán preferencia, previa demostración de los mismos, sobre la interpretación literal de la norma anteriormente descrita ante los organismos oficiales competentes sobre la interpretación literal de la norma anteriormente descrita. El campo de aplicación se extiende a emplazamientos abiertos o cerrados en los que pueda existir un riesgo a causa de la presencia de una mezcla inflamable de gas, vapor o niebla con el aire en condiciones de temperatura y presión próximas a las condiciones atmosféricas. En estos emplazamientos, están situados los equipos del proceso en los que se tratan o manipulan líquidos o vapores en condiciones diversas de caudal, presión o temperatura. Quedan excluidos del campo de la Norma UNE 20.322 las industrias dedicadas a la fabricación de explosivos, pirotecnia, vehículos para el transporte de líquidos ó vapores inflamables, minas de carbón y las situaciones catastróficas con los subsiguientes desperfectos que puedan derivarse de ellas.

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Contaminantes Químicos: Gases

Cuando se precisa utilizar aparatos eléctricos en un emplazamiento en el que puede haber una atmósfera explosiva se debe investigar en primer lugar la viabilidad de: 1. Eliminar la probabilidad de que se pueda producir una mezcla explosiva en las inmediaciones de la fuente de ignición. 2. Eliminación de la fuente de ignición. Cuando ello no sea posible, deberán tomarse medidas para reducir la probabilidad de aparición de uno o ambos factores, de forma que la probabilidad de coincidencia sea suficientemente baja. En la mayoría de los casos en que se utilicen sustancias inflamables no se puede asegurar que no vaya a producirse una atmósfera explosiva o que los aparatos eléctricos no van a originar nunca una fuente de ignición. Pero si la probabilidad de presencia de una atmósfera explosiva es baja, se pueden utilizar aparatos eléctricos con mayor probabilidad de originar fuentes de ignición. El objeto es establecer un procedimiento de clasificación de zonas en función de la probabilidad de existencia de una mezcla gas-aire y con vistas a facilitar la selección e instalación del equipo eléctrico que deba usarse en zona peligrosa. La clasificación en zonas esta basada en la frecuencia y la duración de la presencia de una atmósfera explosiva, lo que da lugar a las zonas 0, 1 y2. Los valores de probabilidad de presencia acumulada de mezcla explosiva que se considera en la IEC-79-10, se presentan en la tabla siguiente: Zona Zona 0 Zona 1 Zona 2 Area NP •

Probabilidad P > 10-2 10-2 > P > 10-4 10-4 > P > 10-6 10-6 > P

Duración año + 100h 1 a 100 h 1h Menos de 1h en 100 años

Fuentes de Escape

Las fuentes de escape se pueden distinguir los siguientes grados: 1. Fuente de escape de grado continuo Es aquella en la que el escape se produce de forma continua, o presumiblemente durante largos períodos o cortos periodos pero que se producen frecuentemente. EJEMPLO: La superficie de un líquido inflamable abierto a la atmósfera.

58

Contaminantes Químicos: Gases

2. Fuente de escape de grado primario Es aquella en que el escape se produce presumiblemente de forma periódica u ocasionalmente durante el funcionamiento normal. EJEMPLO: Fugas en funcionamiento normal en bombas, compresores o válvulas. 3. Fuente de escape de grado secundario Es aquella en la que no se esperan escapes en funcionamiento normal, y si éstas se producen, es probable, que ocurran infrecuentemente ó durante cortos períodos de tiempo. EJEMPLO: Fugas en bridas, uniones y accesorios de tuberías, no previsibles. 4. Fuente de escape de grado múltiple: Es una combinación de dos ó tres de las anteriores. de modo que: a) Se le asigna un grado básico que puede ser el continuo o primario. b) Bajo diferentes escapes puede originar una zona peligrosa más amplia pero con menor frecuencia y/o menor duración que la determinada por el grado básico.

Nota: ‘Frecuentemente’ significa muchas veces a lo largo del año. ‘Largos períodos’ significa durante muchas horas. ‘infrecuentemente’ significa pocas veces a !o largo del año. ‘Cortos períodos’ significa durante pocas horas. •

Ventilación

El factor ventilación es sumamente importante para la clasificación de zonas. Los gases o vapores emitidos a la atmósfera pueden ser diluidos en el aire hasta que la concentración sea inferior al LIE mediante ventilación. En la determinación del tipo de ventilación a adoptar deberá tenerse en cuenta la densidad relativa de los gases o, vapores existentes, así como la presencia de obstáculos, fosos, paredes etc. que pueden implicar una reducción local del movimiento del aire. •

Ventilación natural

Consiste en el movimiento del aire y sustitución por aire fresco obtenido por el viento y/o las fuerzas producidas por el gradiente de temperatura. Ejemplos de este tipo de ventilación son: 59

Contaminantes Químicos: Gases

-

Instalaciones al aire libre, Es el caso típico de refinerías y plantas químicas.

-

Edificios abiertos. En la que con relación a la densidad de los productos, las aberturas permanentes de las paredes y techos están situadas y dimensionadas de tal modo que la clasificación del local equivale al espacio abierto.

-

Edificios no abiertos. Con ventilación natural aunque sea menor que en los edificios abiertos. • Ventilación artificial general

Consiste en el movimiento y sustitución por aire fresco causado por medios artificiales (ventiladores) aplicado a un espacio general. Ejemplos de este tipo de ventilación son: 



•

Edificios provistos de ventilación en las paredes o techos. Espacios al aire libre provistos de ventilación para mejorar la ventilación general del área.

Ventilación artificial local

Consiste en el movimiento y sustitución por aire fresco causado por medios artificiales (normalmente extractores) aplicado a una fuente de emisión particular o a un espacio determinado.

Ejemplos de este tipo de ventilación son:  

Sistemas de extracción aplicados a una instalación o partes determinadas en la que existe gas o vapor inflamable. Cuando se aplica extracción forzada a locales pequeños o emplazamientos mal ventilados en los que se prevé que pueden producirse atmósferas explosivas si no se adopta dicha medida.

 60

Contaminantes Químicos: Gases

•

No ventiladas

Cuando no se dispone de ninguno de los medios citados anteriormente. Ejemplos de estos locales son los que no disponen de aberturas permanentes. •

Principios de clasificación básicos

Para el funcionamiento seguro y económico de las instalaciones en las que se desarrollen actividades en las que se manipulen o almacenen sustancias inflamables o explosivas se recomienda: 1. Que las áreas peligrosas sean lo más reducidas posible. 2. Se recomienda minimizar el número y extensión de las zonas 0 y 1, preferiblemente transformándolas en zonas 2. 3 Cuando los escapes sean inevitables, se procurará que su volumen sea lo menor posible. 4 Los equipos que produzcan escapes serán preferiblemente fuentes de emisión de grado primario o inferior. 5 Si es necesario se modificará el diseño y emplazamiento de los equipos para cumplimentar el punto anterior. 6 Asimismo, se procurará que los escapes en condiciones anormales de trabajo sean de volumen tan reducido como sea posible. 7 Una vez clasificado un emplazamiento, no puede modificarse la posición de los aparatos o el procedimiento de trabajo sin conocimiento y autorización del responsable de la clasificación. 8 Los cambios necesarios deberán anotarse y se reclasificará el emplazamiento. 9 Las inspecciones rutinarias de apertura de partes del circuito cerrado (por ejemplo cambio de filtros) deben considerarse una fuente de emisión a efectos de la clasificación de áreas.

•

Factores que determinan el tipo de zona

La probabilidad de presencia de atmósfera explosiva y por tanto el tipo de zona, depende de: - Grado de la fuente de emisión. - Ventilación. El segundo factor puede variar ampliamente y en un mismo punto de emisión crear distintos tipos de zonas a su alrededor. •

Factores que determinan la extensión de la zona

Depende principalmente de los parámetros siguientes: 61

Contaminantes Químicos: Gases

-

-

•

Caudal de escape. La extensión de las zonas aumentan con el caudal. Velocidad de escape. La extensión de las zonas decrece cuando aumenta la velocidad de escape a caudal constante, con lo que mejora la dilución. Concentración de gases, vapores o neblina. A mayor concentración, la extensión de las zona aumenta. Límite de explosión inferior. Cuanto menor es el LIE, mayor es la extensión de las zonas. Punto de destello (flash point). Cuanto menor es el punto de destello, mayor es la extensión de las zonas. Densidad relativa. La extensión horizontal de las zonas aumenta con el incremento de la densidad relativa. Ventilación. El incremento de la ventilación y la disposición de la misma puede reducir la extensión de las zonas. Obstáculos. Pueden incidir en doble sentido, impidiendo la ventilación facilitan un incremento de la extensión de las zonas. Pero como limitan el movimiento de los gases pueden reducir la extensión. Procedimientos de clasificación

Cada elemento del equipo de proceso debe considerarse como una fuente de emisión en potencia (por ejemplo válvulas, bocas de carga, tanques, bombas, depósitos, tuberías, etc.). Los elementos que no contengan substancias inflamables no definen zona a su alrededor, y tampoco la definen los que conteniendo sustancias inflamables no pueden dar lugar a escapes (por ejemplo todas las tuberías soldadas). El primer paso es determinar el grado de escape de todos los elementos susceptibles de producir escapes. Como resultado cada elemento será de grado continuo, primario, o de grado múltiple. Seguidamente deberá determinarse el caudal de escape y todos los factores que puedan influir en la extensión y tipo de la zona, sin olvidar la influencia de la ventilación. •

Relación entre grados de escape y ventilación, tipo y extensión de zona

a)

Ventilación natural general.

La correlación normal entre tipo de zona y fuente de escape: Fuente de escape de grado continuo Fuente de escape de grado primario Fuente de escape de grado secundario

Zona 0 Zona 1 Zona 2

Si la ventilación es suficientemente buena, la extensión de la zona se reduce o se incrementa su cifra de zona.

62

Contaminantes Químicos: Gases

Si la ventilación es mala, la clasificación tendrá un número de zona más bajo y/o una extensión mayor. b)

Ventilación artificial local

La ventilación artificial local es más efectiva que la general respecto a la dilución de mezclas explosivas. Como resultado se reducen la extensión de las zonas o pasan a ser indicadas por un número mayor, pasando a ser menos peligrosas. c)

Sin ventilación

Un local o recinto sin ventilación se clasificará como zona 0 cuando contenga una fuente de escape de grado continuo o de grado primario. Cuando contenga una fuente de escape de grado secundario, se clasificará como zona 1. Se podrá aplicar un número de Zona más alto cuando existan circunstancias que favorezcan la seguridad, por ejemplo escapes muy infrecuentes y/o monitorización del escape. •

Obstáculos (incluyendo zanjas y bolsas)

Cuando existan obstáculos en el área que impidan la ventilación, puede ser necesario incrementar la extensión de la Zona o reducir el número de la misma en el área de influencia de dicho obstáculo. Algunos obstáculos como paredes o muros pueden en algunos casos producir un efecto favorable limitando la extensión de la atmósfera explosiva. Al considerar la evaluación del efecto de los obstáculos se debe prestar atención a la densidad relativa de los gases y vapores implicados. •

Acciones en caso de fallo de la ventilación artificial

No se pueden dar reglas fijas de tipo general para cuando falle la ventilación artificial. Los riesgos subsiguientes a dicho tallo dependerán de las condiciones de cada explotación y en virtud de estas se deberá aplicar una o más de las siguientes medidas:  

Señalización del fallo de la ventilación. Algunos o todos los aparatos eléctricos, deberán ser capaces de funcionar en el área clasificada sin ventilación artificial. 63

Contaminantes Químicos: Gases

  

•

Desconexión de alguno o todos los aparatos con fallo de ventilación Cese de las operaciones de proceso. No se tomarán más medidas que el restablecimiento de la ventilación, tan pronto como sea posible y presupone que los aparatos eléctricos son adecuados para uso temporal sin ventilación. Cantidad mínima de sustancia inflamable

Para poder realizar la clasificación de un emplazamiento con riesgo de explosión, es necesario determinar, como primer paso, si el equipo de proceso contiene más sustancia inflamable que el mínimo especificado. Las cantidades que a continuación se indican, se han determinado en función del punto de destello, habiéndose agrupado las sustancias del modo siguiente:      

Grupo A: Sustancia inflamable con punto de destello hasta 0ºC (siempre que no pertenezcan al Grupo F). Grupo B: Sustancia inflamable con punto de destello comprendido entre 0ºC y 21ºC. Grupo C: Sustancia inflamable con punto de destello comprendido e 2lºC y 40ºC. Grupo D: Sustancia inflamable con punto de destello comprendido entré 40ºC y 65ºC. Grupo E: Sustancia inflamable con punto de destello superior a 65ºC Grupo F: Gases inflamables y gases inflamables licuados (es decir, 'sustancias con punto de ebullición inferior o igual a 0ºC a la presión de 760 mm de Hg).

El volumen mínimo de sustancia inflamable para los diversos grupos (referidos a condiciones atmosféricas) será el siguiente:

9.2.-

Grupo

Areas de Proceso dm3

A B C D E F

100 500 1000 2000 4000 Los volúmenes varían según el tipo de sustancia

Áreas de almacenamiento dm3 1000 2000 10.000 20.000 40.000 Los volúmenes varían según el tipo de sustancia

CLASIFICACIÓN DE EMPLAZAMIENTOS CLASE II

Son lugares en los que el riesgo de explosión o inflamación se debe a la presencia de polvo combustible, excluyendo los explosivos propiamente dichos (ver Tabla VI).

64

Contaminantes Químicos: Gases

•

Características de polvos inflamables o combustibles

Se define como polvo inflamable ó combustible a las partículas sólidas y secas de substancias orgánicas, metales, carbón, cobre, negro de humo, que son combustibles y/o conductoras de la electricidad. Se consideran como polvos las partículas de tamaños desde 1 hasta 150 micras. Estas partículas se depositan con el aire en calma, a velocidad constante. Las partículas de tamaños mayores se depositan rápidamente. Las partículas visibles a simple vista son de 10 micras o mayores. Las partículas de tamaños comprendidos entre 0,01 y l micra se depositan como agregados o permanecen largo tiempo en el aire, •

Los polvos peligrosos de incendio o explosión se clasifican: N.C. C.N.M. C.M.

= = =

No conductor Conductor no metálico Conductor metálico

Las características de los polvos inflamables ó combustibles a tener en cuenta son las siguientes: •

Concentración mínima explosiva:

Es la cantidad mínima, expresada en gr/m3, de substancia peligrosa en el aire que puede originar peligro de incendio o explosión. Al igual que en los gases o vapores, en los polvos existen unos limites de inflamabilidad superior e inferior para las mezclas con el aire que limitan el rango de inflamabilidad. Los límites de los polvos habituales en la industria son: 3

 Límite inferior entre 20 y 60 g/m . 3  Limite superior entre 2 y 6 Kg/m .

•

Temperatura de autoignición:

Es la mínima temperatura a la que un depósito de polvo de 5 mm de espesor inicia su combustión lenta (sin llama) sobre una superficie libre al calentarse. •

Energía mínima de ignición:

Es la energía mínima necesaria para provocar la ignición de la mezcla explosiva de polvo, ya sea en nube o en capa. La temperatura de ignición sin llama de un depósito de polvo es siempre superior a la de ignición en nube. 65

Contaminantes Químicos: Gases

•

Ejemplos de emplazamientos

Afectan a aquellos locales en los que se fabriquen, manipulen, traten o almacenen cantidades peligrosas de materiales sólidos, susceptibles de inflamación ó explosión, pero no a las minas, que se rigen por su propio reglamento, tanto en lo que refiere a su explotación como a su instalación eléctrica. Ejemplos de ellos pueden ser: Molinos Transportadores Básculas automáticas o de tolva Pulverizadores Bocas de carga/descarga Empaquetadoras Limpiadoras Depósitos ó tolvas Bases de elevadoras Descascarilladoras Mezcladoras Distribuidores Colectores de polvo o de productos (excepto los colectores totalmente Metálicos con ventilación al exterior).

También otras máquinas ó equipos similares productores de polvo en instalaciones de tratamiento de productos agrícolas y sus derivados, así como materias orgánicas e inorgánicas, que puedan formar o desprender polvos combustibles, incluyendo los almacenes y muelles de expedición donde los materiales productores de polvo se almacenan en sacos ó contenedores. A diferencia de lo que sucede para gases y vapores, la ventilación en emplazamientos de clase II puede resultar contraproducente. En cualquier caso, debe aplicarse solo extracción. 

Dentro de esta clase hay que distinguir, según MI/BT 026.

Zona Z: (Con nubes de polvo) Es aquella en la que hay o puede haber polvo combustible durante las operaciones normales de funcionamiento, puesta en marcha o limpieza en cantidad suficiente para producir una atmósfera explosiva. Zona Y: (Con capas de polvo) Es aquella que no está clasificada como Zona Z, pero en la cual pueden aparecer acumulaciones de capas de polvo combustible que pueden originar atmósferas explosivas. Los polvos inflamables conductores de la electricidad son más peligrosos. Por dicho motivo, los aparatos eléctricos deberán ser siempre adecuados para Zona Z. Entre los polvos combustibles se encuentran los específicos de la Tabla VI. Los polvos que contienen magnesio ó aluminio son extremadamente peligrosos, debiendo adoptarse todo tipo de precauciones en su manipulación, como por ejemplo, el uso de herramientas no metálicas, calzado con suela antielectroestática, etc.

66

Contaminantes Químicos: Gases

Entre los polvos no conductores de la electricidad están los polvos producidos en la manipulación de cereales y sus derivados, azúcar, cacao, leche, huevo, especias, harinas de semillas oleaginosas, heno seco y demás materias orgánicas. •

Equipos eléctricos autorizados en clase II

En los emplazamientos clase II pueden presentarse dos circunstancias de presencia de polvos inflamables: a) En forma de nube en suspensión. b) En forma de capa depositada sobre los aparatos. Los equipos admisibles deberán cumplir las condiciones siguientes: 1. Protección contra la penetración del polvo Grado IP5X. Protegido contra la entrada perjudicial de polvo. Grado IP6X. Protección total contra la entrada de polvo. SE debe adoptar este grado en los emplazamientos con riesgo permanente de explosión de polvo, con abundancia de polvo inflamable en el ambiente, con polvo inflamable que sea además conductor de la electricidad.

2. Temperatura superficial máxima: Los polvos inflamables presentan dos temperaturas de inflamación distintas: - TIN: - TIC:

"Temperatura de inflamación en nube". "Temperatura de inflamación en capa".

Según se parta de uno u otro valor, la temperatura superficial máxima del equipo eléctrico deberá ser inferior a 2/3 de TIN, o (TIC-75)ºC. Los valores TIC tabulados se establecen para una capa de 5 milímetros de espesor de polvo. Cuando se prevea una capa de espesor superior, la temperatura superficial máxima del equipo eléctrico se corregirá reduciéndola en 3ºC por cada milímetro adicional. En la práctica, dados los valores usuales de TIN y TIC, la clase de temperatura apropiadas serán T6, T5 y en algún caso T4. Ejemplo de la influencia del espesor (e) de la capa en la temperatura de inflamación e (mm) 5 20 50

Trigo 340ºC 275ºC 230ªc

67

Carbón 240ºC 190ºC 175ºC

Contaminantes Químicos: Gases

9.3-

CLASIFICACIÓN DE EMPLAZAMIENTOS CLASE III

Son aquellos en los que el riesgo se deberá a la presencia de fibras o materias volátiles fácilmente inflamables, pero no es probable que estas fibras o materias volátiles estén en suspensión en el aire en cantidad suficiente como para producir atmósferas explosivas. Las fibras son sustancias orgánicas de tamaño reducido sólidas, secas y cuya longitud predomina sobre su anchura. Ejemplos de estos emplazamientos pueden ser:       

Plantas de fabricación y procesado cae fibras combustibles. Plantas desmotadoras de algodón. Plantas de procesado de lino, Plantas textiles de rayón. algodón. lino, yute, cáñamo. cacao, miraguano, etc. Talleres de confección. Carpinterías, etc., Aquellos lugares en los que se almacenen o manipulen libras fácilmente inflamables, como él rayón y otras fibras sintéticas, algodón (incluidos borras y desperdicios), yute, estopa, estopa alquitranada. miraguano y otras materias de naturaleza similar.

Para la extensión de zonas en clase III, sólo se tendrá en cuenta el grado de peligrosidad, sin tener en cuenta la ventilación del local. •

Equipos eléctricos autorizados en clase III

En estos emplazamientos se podrán utilizar equipos eléctricos convencionales sin modo de protección, dimensionados de forma que las sobrecargas sean poco probables y con cuidando que las protecciones contra sobre intensidades están cuidadosamente diseñadas. Cuando la manipulación de fibras origine la formación de polvo, se adoptarán las medidas correspondientes a los emplazamientos de la clase II. 10-

MODOS DE PROTECCIÓN

Contra el riesgo de explosión o inflamación que suponen los materiales eléctricos, existen los denominados modos de protección que consisten en una serie de requerimientos técnicos aplicables tanto al diseño como a la producción y control de los equipos. De este modo, se puede asegurar que serán aptos para trabajar dentro de una atmósfera potencialmente explosiva. 68

Contaminantes Químicos: Gases

Las normas especifican los citados requerimientos para cada uno de los modos de protección. •

Envolvente antideflagrante ‘d’

Definición: Se denomina protección por envolvente antideflagrante a la envolvente de un aparato eléctrico capaz de soportar la explosión interna de una mezcla inflamable que haya penetrado en su interior, sin sufrir avería en su estructura y sin transmitir la inflamación interna, por sus juntas de unión u otras comunicaciones, a la atmósfera explosiva exterior compuesta por cualquiera de los gases ó vapores para los que está prevista. Normas de construcción UNE 20.320 (1980). CEI 79-l (1971) + CEI 79-1A (1979) EN 50.018 (1977) + E1 (1979) + E2 (1982) + E3 (1985) El principio en el que se basa el modo de protección por envolvente antideflagrante es bien simple:  



En primer lugar los equipos eléctricos convencionales se ubican dentro de una envolvente que los encierra íntegramente. Esta envolvente no impide el acceso a su interior de las mezclas explosivas de la atmósfera ambiental. El equipo eléctrico puede generar dentro de la envolvente una chispa, arco ó temperatura que puede inflamar la atmósfera explosiva, pero la envolvente está construida de tal modo que resiste los esfuerzos engendrados en la explosión y es capaz de impedir la transmisión de la explosión interna al exterior. Complementariamente ninguna parte externa de la envolvente toma una temperatura superior a la que pueda inflamar la atmósfera circundante.

Por lo tanto el modo, de protección por envolvente marcado ‘d’ se compone de: 

Una protección mecánica que confiere una particular robustez para soportar la explosión.

69

Contaminantes Químicos: Gases



Unas características mecánicas que permiten asegurar la no-propagación de la explosión mediante el empleo de juntas antideflagrantes.

Este modo de protección permite la utilización de componentes eléctricos convencionales en el interior de la envolvente, sometidos únicamente a la limitación de su disipación térmica que puede afectar a la clase térmica de la envolvente y a unas condiciones particulares de ubicación de componentes a fin de evitar fenómenos de precompresión. Conviene indicar que los equipos antideflagrantes pueden no ser estancos al polvo o al agua. Debe pues comprobarse esta característica cuando los equipos sean instalados en zonas húmedas o polvorientas. Al no poner limitaciones en general a los equipos eléctricos a instalar dentro de las envolventes, este modo de protección es muy empleado.

Terminología Las siguientes definiciones son específicas al modo de protección ‘d’ -

Junta antideflagrante: Es donde los gases procedentes de la explosión se laminan y se enfrían lo suficiente como para evitar la propagación de la explosión hacia el exterior de la envolvente.

-

Longitud de la junta antideflagrante: Es el camino más corto a través de una junta entre el interior y el exterior de una cubierta antideflagrante.

-

Intersticio de una junta antideflagrante: Separación entre las superficies correspondientes de una junta antideflagrante.

-

Intersticio experimental máximo de seguridad de una mezcla explosiva (IMS)

Es el mayor intersticio de una junta de 25 mm. de longitud que impide toda transmisión de una explosión en el transcurso de 10 ensayos efectuados en las condiciones establecidas por la publicación IEC 79 - la. Los gases o vapores se clasifican en grupos del modo siguiente:    

Grupo I: IEMS: Superior a 1,14 mm (Metano) Grupo IIA: IEMS: Superior a 0,9mm (Propano) Grupo IIB: IEMS: Superior a 0,5mm e inferior a 0,9 mm (Etileno) Grupo IIC: IEMS: Inferior o igual a 0,5 mm (Hidrogeno)

70

Contaminantes Químicos: Gases

•

Seguridad aumentada 'e"

Definición: Se denomina protección por seguridad aumentada a aquella en la que se toman cierto número de precauciones especiales para evitar, con un coeficiente de seguridad elevado, calentamientos inadmisibles o la aparición de arcos ó chispas en aparatos que en servicio normal no las producen. Normas de construcción UNE 20.328 (1972) CEI 79-7 (1969) DEN 50.019 (1977) + El (1979) + E2 (1983) + E3 (1985) Este modo, de protección puede ser aplicado a aquel equipo o material eléctrico que en condiciones normales no produzca arcos, chispas ni calentamientos excesivos. Por concepto, la seguridad aumentada no es aplicable a materiales o dispositivos que en servicio normal produzcan arcos o chispas tales como interruptores o motores con escobillas, ni en componentes semiconductores para los que no se puede garantizar la limitación de la temperatura con el margen de seguridad adecuado. El empleo de este modo se centra en dispositivos con devanados (transformadores, motores asíncronos, electroimanes, elementos de conexión, luminarias y sistemas de caldeo). Para la construcción de elementos en seguridad aumentada hay que tener en cuenta medidas especiales, tanto de las cubiertas como del aparataje eléctrico, tales como: -

Distancia al aire (distancia mínima entre partes conductoras). Distancias superficiales (líneas de fuga entre diferentes partes conductoras) Clase de los aislantes Temperatura de aislantes y devanados. Índice de protección (mínimo IP-54). Rigidez dieléctrica. Envejecimiento de los materiales plásticos.

Bornas de conexión: Los bornes para conexión de conductores serán generosamente dimensionados de modo que permitan el paso de corriente sin sobrecalentarse. Los terminales serán:  

Rígidamente montados, sin posibilidad de autoaflojarse Sistema de apriete de modo que el conductor no pueda cizallarse ni aflojarse en su conexión.

71

Contaminantes Químicos: Gases

Motores de Seguridad Aumentada. Una de las principales características a la hora de escoger un motor de jaula de ardilla es la temperatura que puedan alcanzar los devanados. La carcasa o envolvente del motor no está construida a prueba de explosión, por lo tanto, un defecto en el aislamiento del bobinado puede dar lugar a la explosión de gas. Es por ello que se hace preciso la adopción de medidas adicionales de seguridad, a fin de evitar la posibilidad de formación de temperaturas excesivas, arcos ó chispas. Una de estas medidas es la limitación de la temperatura de trabajo de los arrollamientos. Otros factores a tomar en consideración al diseñar un motor son la holgura entre rotor y estator, líneas de corriente superficiales, selección de los aislantes, sobrecalentamientos, chispas, etc. En general, no pueden producirse chispas mecánicas por rozamientos de partes móviles y fijas, ni autoaflojamientos en las conexiones por vibración. También deben preverse medidas especiales en los elementos de protección de los motores. Debe evitarse la formación de fuentes de ignición, no sólo en condiciones normales sino aún en el caso de bloqueo del rotor o averías. Las condiciones más difíciles se producen cuando después de un funcionamiento a régimen nominal y estabilizado térmicamente, se produce un bloqueo del rotor. En estas condiciones se produce una absorción de corriente varias veces superior a la nominal. Esta relación figura en los catálogos como el cociente la/ln siendo “ln” la corriente nominal, y “la” la corriente de arranque. Con el rotor bloqueado se produce un aumento de temperatura en los devanados, que pueden alcanzar en muy poco tiempo la temperatura de inflamación de la mezcla explosiva circundante. Para esta eventualidad las normas establecen el término tε que no debe ser inferior a 5 segundos, y deseablemente superior a 10. Este tiempo está relacionado con el incremento de temperatura admisible que varía según la clase de aislamiento. Estos límites de temperatura están referidos a la estabilidad térmica del material aislante y no deben ser superiores a la clase de temperatura del gas para la cual ha sido diseñado el motor. •

e protección combinado'de'

Consiste en realizar pequeñas cámaras antideflagrantes que alberguen únicamente los contactos eléctricos donde se producen los arcos eléctricos. Al tratarse de volúmenes relativamente pequeños, el poder explosivo es también reducido así que estas pequeñas envolventes antideflagrantes pueden ser construidos en plástico. Los bornes de conexión se dotan de las características propias del modo de protección seguridad aumentada.

72

Contaminantes Químicos: Gases

•

Seguridad intrínseca "i"

Definición Se denomina protección por seguridad intrínseca de un circuito o una parte de él, a aquella en la que cualquier chispa o efecto eléctrico que pueda producirse, normal ó accidentalmente, es incapaz de provocar, en las condiciones de ensayo prescritas, la ignición de la mezcla inflamable para la que se ha previsto dicho circuito o parte del mismo. Normas de construcción UNE: propuesta 20.317 (1978) CEI 79-3 (1972) (Ruptor de seg. intrínseca) CEI 79-11 (1983) (Circuitos de seg. intrínseca) EN50.020(1977) + El(1979) + E2(1983)(circuitos de seg. intrínseca) EN 50.039 (1985) (sistemas de seg. intrínseca) Como las energías de ignición son muy bajas, este modo de protección estará restringido a circuitos eléctricos ó electrónicos de baja potencia, ya sean resistivos, inductivos, capacitivos ó mixtos. Como fuentes de ignición, podemos distinguir las debidas a arcos o chispas, particularizadas por la energía o corriente mínima de ignición (CM). Clases de material EExi Cabe distinguir dos tipos: a) Material eléctrico en los cuales todos los circuitos son de seguridad intrínseca b) Material eléctrico asociado, en los cuales los circuitos no son todos de seguridad intrínseca, y que estos pueden afectar la seguridad de los circuitos de seguridad intrínseca que están asociados con ellos. Categorías de circuitos EExi: Las condiciones de ensayo que se recogen en la definición dan lugar a dos categorías para los circuitos dotados de este modo de protección: 

Circuito ‘ib’:

La protección se mantiene en caso de un fallo, con un coeficiente de seguridad K=1,5, 

Categoría ‘ia’ Fig 38

La protección se mantiene con un fallo, con un coeficiente de seguridad de K=1,5, y K=1 con dos fallos simultáneos. 73

Contaminantes Químicos: Gases

Nota: Fallo significa una falta de cualquier componente o defecto de conexión entre componentes. Las resistencias se consideran infalibles. •

Inmersión en aceite 'o'

Definición: Se denomina protección por inmersión en aceite aquella en la que la protección de material eléctrico se realiza de modo que no puedan inflamarse los gases ó vapores inflamables que se hallen por encima del nivel de aceite y en el exterior de la envolvente. Normas de construcción: UNE 20.326 (1970) CEI 79-6 (1968) EN 50.015 (1977) + El (1979) Este modo de protección se utiliza ocasionalmente para transformadores e interruptores de pequeño volumen de aceite. Es un modo de protección poco extendido, prácticamente en desuso. •

Sobrepresión interna 'p'

Definición Se denomina protección por Sobrepresión interna aquella en la que las maquinas ó materiales eléctricos están provistos de una envolvente o están instalados en una sala en la que se impide la entrada de los gases ó vapores inflamables, manteniendo en su interior aire u otro gas inerte a una presión superior a la de la atmósfera exterior. Normas de construcción: UNE 20.3 1 9-1 R (1 978) CEI 79-2 (1983), EN 50.016 (1977) + El (1979) Para que este modo de protección pueda llevarse a cabo, es necesario garantizar mediante controles adecuados una Sobrepresión interna de 50 Pa (0.5 mbar) como mínimo. Este modo de protección suele aplicarse a equipos de elevada potencia, equipos eléctricos u electrónicos convencionales de gran volumen, e incluso a salas de control.

74

Contaminantes Químicos: Gases

•

Aislante pulvurento "q'

Definición: Se denomina protección por relleno de aislante pulverulento a aquella en la que las partes bajo tensión del material eléctrico están completamente sumergidas en una masa de aislante pulverulento que cumple con determinadas condiciones. Normas de construcción UNE 20.321 (1971). CEI,79-5(1967),+,79-5A(1969) EN 50.017 (1977)+E1 (1 979) Este es un modo de protección similar a la inmersión en aceite en el que se reemplaza este fluido por un material pulverulento aislante, tal como arena de cuarzo u otro material similar. Se acostumbra a utilizar en la fabricación de condensadores. •

Encapsulado 'm'

Definición: Modo de protección en que las partes están situadas en el seno de una resina suficientemente resistente como para que una atmósfera explosiva circundante no pueda inflamarse ni por chispas ni por calentamiento que pudieran producirse en el interior del encapsulado. Normas de construcción: EN.50, 026 (1987) Se trata de un modo de protección fundamentado en la separación, mediante una barrera física, de los puntos de ignición y la atmósfera explosiva. Como resina se entiende cualquier material termoendurecible, termoplástico o elastómero con o sin aditivos que permitan el cumplimiento de la norma. Es un modo de protección que no requiere mantenimiento ya que los equipos dotados de este modo de protección forman un conjunto monolítico y por lo general no tienen posibilidad de reparación. •

Respiración restringida 'n'

Definición: Modo de protección aplicado a un material eléctrico de modo que en funcionamiento normal no sea capaz de inflamar una atmósfera explosiva circundante, ni presentar, de modo probable, un defecto capaz de provocar una inflamación. 75

Contaminantes Químicos: Gases

Normas: CEI 79-15 (1987) Este modo de protección está basado en un diseño de los equipos eléctricos similar a la seguridad aumentada, pero menos exigente. Por lo tanto, representa una opción más económica para instalar en Zona 2. •

Sellado hermético

Definición: Modo de protección aplicado a las posibles fuentes de ignición, que estarán encerradas en una envolvente hermética a la entrada de gas y disponiendo de la resistencia mecánica adecuada. Normas: No existen en la actualidad. •

Protección especial 's'

El modo de protección especial concierne a medidas constructivas no recogidas en las anteriores normas con el objeto de obtener un elevado coeficiente de seguridad.

MODOS DE PROTECCIÓN APTOS PARA ZONAS: Modo de protección Antideflagrante (d) Seguridad aumentada (e) Seguridad intrínseca (i) Presurización (p) Respiración restringida (n) Inmersión en aceite (0) Relleno pulverulento (q) Sellado hermético (h) Ejecución especial (s)

Zona 0

Si*

Si

Si Si

Si**

Si

* Grupo EExia únicamente **Expresamente aprobado para esta aplicación.

76

Zona 1 Si Si Si Si

Zona2 Si Si Si Si Si Si Si Si

Contaminantes Químicos: Gases

11.-

CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS

Como ayuda a la selección de equipos para uso seguro en diferentes, condiciones ambientales, Actualmente son ampliamente utilizadas dos definiciones para definir sus limitaciones: el grupo de instrumentos y la clasificación de temperatura. Definido como norma EN 5001 4 del Comité Europeo para Estándares Eléctricos (ie. Comité Européen de Normalisation Electrotechique o CENELEC), los equipamientos para utilización en atmósferas potencialmente explosivas se dividen en dos grupos: Grupo I.-

Para minas susceptibles de sufrir "inundaciones por fuego" (metano).

Grupo III.-

Para lugares con una atmósfera potencialmente explosiva, distintos de las minas del Grupo I.

El Grupo II cubre claramente un amplio margen de atmósferas potencialmente explosivas e incluye muchos de los gases y vapores de los diferentes grados de riesgo. Por tanto, para separar más claramente las diferentes características de diseño necesarias cuando se utiliza en un gas o vapor particular, los gases del Grupo II se subdividen como se indica en la tabla. El acetileno se considera a menudo tan inestable que se clasifica separadamente, aunque incluido en los gases del Grupo II. Un listado más extenso de gases puede encontrarse en el European Standard EN 5001 4. El valor de la Clase de Temperatura para un equipo de seguridad es también muy importante en la selección de los mecanismos para la detección de un gas particular o de una mezcla de gases. (En una mezcla de gases, siempre es conveniente considerar el "peor de los casos" para cualquiera de los gases de la mezcla). La clasificación de la temperatura hace referencia a la temperatura máxima permisible en la superficie de un instrumento o una parte de él. Esto es para asegurar que no se supere la temperatura de ignición de los gases y vapores con los que está en contacto. El margen varía desde T1 (450ºC) hasta T6 (85ºC). Los instrumentos certificados se prueban de acuerdo con los gases o vapores específicos en los cuales pueden utilizarse. Tanto el grupo del instrumento como la clasificación de temperatura se indican en el certificado de seguridad y en el mismo instrumento.

77

Contaminantes Químicos: Gases

12.-

PROTECCION DE LA ENVOLVENTE

Actualmente se utilizan clasificaciones con códigos para indicar el grado de protección de un recinto (alojamiento) frente a la entrada de materiales líquidos y sólidos. Esta clasificación se refiere a la protección en cuanto a: entrada de cuerpos extraños, entrada de agua y resistencia al impacto. Debe recordarse que ésto es solamente suplementario y no una alternativa a las clasificaciones de protección para equipamientos eléctricos utilizados en áreas de riesgo. La designación utilizada para indicar el grado de protección consiste en las letras IP seguidas de ‘dos números característicos’ que indican el grado de protección. El primer número indica el grado de protección de la carcasa contra la entrada de polvo y cuerpos extraños, y el segundo numero indica la protección de la carcasa contra la entrada de agua o líquidos.

En los ejemplos, un recinto con un valor de IP65 por ejemplo, proporcionará protección completa contra entrada de cuerpos extraños, entradas no observables de polvo, y estará protegido contra la entrada de chorros de agua. Esto puede ser adecuado para equipamientos de detección de gas tales como controladores, pero deberá asegurarse una refrigeración adecuada para los componentes electrónicos. 13.-

CERTIFICADOS Y MARCADO

El material eléctrico a emplear en emplazamientos con atmósfera explosiva dotado con alguno de los modos de protección citados anteriormente, deberá poseer un certificado de conformidad extendido por un laboratorio acreditado, de acuerdo con una norma UNE, con una norma europea EN, ó con una recomendación CEI. Cuando lo anterior no sea posible, es decir en el caso de los modos de protección ‘n’, ‘h’, y ‘s’, se deberá contar con un ‘Certificado de control’ expedido por un laboratorio acreditado. En dicho certificado se testificará que este material eléctrico presenta un nivel de seguridad al menos equivalente al de las normas citadas. Su aceptación no es automática en la CE, es decir un producto certificado, por ejemplo BASEEFA según BS4533 78

Contaminantes Químicos: Gases

con protección ‘n’, no está autorizado para ser instalado en España. Para que esto fuera posible, el LOM debería emitir un certificado de control para este producto. Laboratorios Los laboratorios acreditados actualmente en Europa son los siguientes: Siglas Nombre PTB Physikalisch Technische Bundesanstalt CESI Centro Eletrotecnico Sperimentale Italiano LCIE Laboratoire Central des Industries Electriques INIEX Institut.National des Industrias. Extractives BASEEFA British Approvais-Service for ElectricalEquipment in Flammable Atmospheres LOM Laboratorio Oficial J.M. Madariaga EMKO Danmarks Electriske Matérieikontrol WBVS Bergbau Versuchsstrecke CERCHAR Centre d'etudes et Recherches des Charbonnages de France

79

País Alemania Italia Francia Bélgica Gran Bretaña España Dinamarca Alemania Francia

Contaminantes Químicos: Gases

•

Certificados

80

Contaminantes Químicos: Gases

•

Marcado

Todo material eléctrico que comporte alguno de los modos de protección anteriormente descritos, deberá estar marcado de acuerdo con CEI 79-0, EN 50.014 y UNE 20.323-78 y la norma específica aplicable. Este marcado ha de recoger de forma clara las normas del material eléctrico y una serie de datos que a continuación se detallan: 123456-

78910-

Nombre del fabricante ó marca comercial. Designación, del tipo dado por el fabricante. El símbolo Ex (según UNE o CEI) o EEx (según UNE o EN), que indica que el material está construido para su utilización en atmósfera explosiva. El símbolo del modo de protección utilizado. El símbolo del grupo de gases: I para minas con grisú, IIA, IIB ó IIC para el resto de emplazamientos. El símbolo que indica la clase de temperatura. Cuando no se indique lo contrario, la clase térmica está calculada sobre la base de una temperatura ambiente de -25º C a +40º C. Características técnicas del material eléctrico. Un número de serie La sigla del laboratorio ó autoridad competente que ha emitido el certificado, seguido de un número de referencia del, certificado. El número de certificado puede ir seguido de las siguientes letras.

‘U’ indica que el material certificado es un componente, es decir que forma parte de un sistema y por tanto no es apto para su instalación por si solo. ‘X’ indica que el material certificado está sometidos unas condiciones particulares de fabricación o uso. •

Marca distintiva comunitaria

La marca comunitaria adicional a las demás marcas indica que el material está certificado de conformidad con las normas CENELEC y emitido por un laboratorio acreditado dentro de la propia CEE.

81

Contaminantes Químicos: Gases

CAPITULO 6

SISTEMAS DE DETECCION CONTENIDO

Página

1. Sensores para detección de gases inflamables

83

1.1. Sensor catalítico

83

1.2. Conductividad Térmica

84

1.3. Salida del sensor

85

1.4. Tiempo de respuesta

85

1.5. Calibración

86

2. Detección con sensor Semiconductor

86

3. Detección con sensores Infrarrojo

87

4. Detección de Gases Tóxicos

89

5. Monitorización Higiénica

90

6. Detección de gases Tóxicos

91

6.1. Detección con sensores Electroquímicos

92

6.2. Detección con sensores de fotoionización

93

7. Detectores de gases

94

7.1. Detectores portátiles

94

7.2. Sistemas fijos

95

8. Cableado y cajas de conexión

97

9. Transmisión de datos

97

10. Situación de los sensores

98

11. Para mejorar la seguridad

101

82

Contaminantes Químicos: Gases

1.-

SENSORES PARA DETECCION DE GASES INFLAMABLES

Mucha gente habrá visto probablemente en alguna ocasión una lámpara de seguridad de llama, utilizada como una forma de prevención contra inundaciones por fuego" (minas subterráneas de carbón o redes de alcantarillado). A pesar de ser inicialmente utilizado como una fuente de iluminación, el aparato puede ser utilizado para estimar el nivel de gases combustibles, con una precisión del 25 al 50%, dependiendo de la experiencia del usuario, su nivel de preparación, su percepción visual, etc. Los detectores de gas modernos deben ser más precisos, fiables y repetitivos que eso. Se han llevado a cabo varios intentos para superar la subjetividad en la medida de una lámpara de seguridad (utilizando sensores de temperatura de llama), en la actualidad han sido superados ampliamente por los modernos sistemas electrónicos. De todas maneras, el sistema más utilizado hoy en día, el detector catalítico, es en algunos aspectos, un desarrollo moderno de las antiguas lámparas de llama de seguridad. También basa su funcionamiento en la combustión de un gas y su conversión en C02 y agua. 1.1.-

SENSOR CATALÍTICO

Ultimamente todos los detectores modernos, de bajo coste, para la detección de gases inflamables son del tipo Electro-catalítico. Consisten en un pequeño elemento sensor llamado algunas veces "perla" o pellistor" ; los dos últimos son marcas registradas para elementos comercializados. Están constituidos por un filamento de platino, el cual se calienta eléctricamente. Este está primeramente recubierto con una base cerámica (alúmina por ejemplo) y finalmente por una dispersión catalítica de Paladio o Rodio, todo ello soportado en un substrato de Torio. Este tipo de sensor opera bajo el siguiente principio: cuando una mezcla de aire y gas inflamable se pone en contacto con la superficie caliente del catalizador, se produce una combustión, el calor generado, aumenta la temperatura de la "perla" lo cual produce una 83

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alteración de la resistencia del filamento de platino que a su vez puede ser medida en un circuito estándar tipo puente. El cambio de resistencia está directamente relacionado con la concentración de gas presente en la atmósfera circundante, y por tanto la medida de esta variación puede ser traducida en un indicador. 1.2. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA. Este método se basa en la variación de conductividad térmica de un cuerpo caliente en contacto con otro. La figura adjunta representa la conductividad térmica de los principales gases con referencia al aire a 0 ºC (aire = 100). El sistema se basa en un puente de Wheatstone (figura 12) con unas resistencias de platino encapsuladas en celdas. El puente está en equilibrio cuando por las 4 celdas circula el mismo gas. Si se introducen dos mezclas: - de aire en B y D; - aire + CO2 en A y C, al ser la conductividad del aire mayor que la del CO2, B y D pierden más calor que A y C. Como consecuencia de la diferencia de temperatura resultante y por tanto del valor de las resistencias se produce un desequilibrio en el puente de Wheatstone, el cual es medido por el galvanómetro (G) que es función de la concentración del gas distinto del aire que circula por A y C.

Actualmente este sistema se ha miniaturizado y se emplean sensores en el que uno de los brazos del puente está encapsulado con aire en su interior como gas de referencia. Este método se aplica preferentemente para la detección de pequeñas fugas en aplicaciones de laboratorio aunque también se utiliza para localizar fugas en unidades de proceso.

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Contaminantes Químicos: Gases

1.4.-

SALIDA DEL SENSOR

Para asegurar la estabilidad frente a las variaciones ambientales, los detectores catalíticos funcionan siempre en pares. Es decir, situados en ramas opuestas de un circuito eléctrico de puente de Wheatstone, en el que el sensor activo" (conocido normalmente como "s") reaccionará frente a la presencia de cualquier gas inflamables; mientras que el sensor de compensación "inactivo" o "no operativo" no lo hará. El funcionamiento de la parte inactiva se consigue mediante cualquier recubrimiento de la perla con una película de cristal o catalizador desactivado, de esta manera sólo funciona como un compensador frente a los cambios de temperatura y humedad externos. Muchos circuitos operan en el modo de voltaje constante, debido a que es más difícil y caro el desarrollo de sistemas que funcionen a temperatura o resistencia constante. De todas maneras, con un diseño cuidadoso y una buena estabilización del voltaje, este tipo de sensor puede dar unas prestaciones precisas y fiables. Se puede conseguir una mejora en la estabilidad del funcionamiento mediante el uso de sensores resistentes a venenos. Este tipo de sensores tiene una mejor resistencia a la degradación por substancias como las siliconas, el azufre y derivados del plomo, que pueden desactivar (envenenar) rápidamente otros tipos de sensores catalíticos. La señal de salida del puente es normalmente no lineal, pero es posible, en caso de que sea necesario (conexión de la misma a equipos externos o sistemas de transmisión), linealizar la señal mediante la utilización de un convertidor de señal (4-20 mA). 1.5.-

TIEMPO DE RESPUESTA

Para alcanzar los requisitos de seguridad de diseño, los sensores de tipo catalítico, deben ser montados en un fuerte alojamiento metálico soportado en un disco de metal sinterizado. Este sinterizado permite la difusión de la mezcla de gas en el interior del alojamiento y al elemento sensible calentado, impidiendo la propagación de cualquier llama a la atmósfera exterior. El sinterizado reduce un poco la velocidad de respuesta del sensor pero, en la mayoría de los casos, la salida eléctrica dará una lectura en unos pocos segundos después de que el gas haya sido detectado. De todas formas, debido a que la curva de respuesta es tanto más plana cuanto más cerca estamos del final de la lectura, el tiempo de respuesta se especifica frecuentemente como el tiempo para alcanzar el 90 por ciento de su lectura final, conociéndose este valor como T90 . El valor de T90 típico para los sensores catalíticos se sitúa entre 20 y 30 segundos.

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(N.R. En los EEUU y algunos otros países, usualmente este valor es el T60 más bajo y se puede utilizar cuando se comparan las prestaciones de los diferentes sensores). 1.6.-

CALIBRACION

La causa más frecuente de fallo de sensores catalíticos es el bloqueo del sinterizado por partículas, corrosión, salpicaduras de sal o de agua. Sus prestaciones pueden ser también degradadas por la exposición a determinados “venenos catalíticos o Inhibidores”; es por ello esencial que el sistema de monitorizacion de gas no sea sólo calibrado durante su instalación, sino que también sea comprobado durante su funcionamiento periódicamente. Las pruebas deben ser llevadas a cabo con gas patrón de concentración conocida. El cero y la ganancia deben ser ajustados correctamente en la unidad de control. Existen protocolos (como el British Standard BS 6959 por ejemplo) que pueden proporcionar orientación acerca de la frecuencia de los controles de calibración y los ajustes de los límites de alarma. Usualmente las pruebas pueden, al principio, llevarse a cabo semanalmente, pero estos períodos pueden alargarse en cuanto se adquiere experiencia de manejo. En los lugares donde se requieren dos niveles de alarma, éstas se suelen situar en el 20-25% LIE para el nivel bajo y el 50-55% LIE para el nivel alto. Algunos sistemas necesitan dos personas para hacer pruebas y calibrar, uno de ellos somete el sensor a un caudal de gas patrón, y el otro comprueba la lectura mostrada en la escala de la unidad de control. Entonces se hacen los ajustes del cero y la ganancia mediante los potenciómetros hasta que la lectura alcanza exactamente el valor conocido del gas patrón. Es bueno recordar aquí que, cuando estos ajustes se deban llevar a cabo en equipos alojados en cajas antideflagrantes, la alimentación debe ser desconectada y es necesario obtener un permiso para abrir el alojamiento. Actualmente existen una serie de sistemas de "calibración de un solo hombre" que permiten realizar todos los procedimientos de calibración en el propio sensor. Esto reduce considerablemente el coste de mantenimiento, en particular donde los sensores están situados en lugares de difícil acceso, como por ejemplo plataformas petrolíferas marinas. En estos momentos, existen algunos sensores diseñados bajo los estándares de seguridad intrínseca, con los que es posible calibrar los sensores en un lugar apartado de su habitual localización (Por ejemplo en el taller de mantenimiento). Debido a que son intrínsecamente seguros, ello les permite ser sustituidos libremente en su emplazamiento normal, sin necesidad de parar o desconectar el sistema por seguridad. En este caso, el mantenimiento puede ser llevado en "caliente" y es mucho más rápido y barato que anteriormente, en otros sistemas convencionales. 2.-

DETECCION CON SENSOR SEMICONDUCTOR

Los sensores fabricados con materiales semiconductores han ganado en popularidad considerablemente durante la década de los ochenta y durante un tiempo aparecieron como la posibilidad de un sensor barato universal. Al igual que los sensores catalíticos,

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operan por la propiedad de adsorción en la superficie de un óxido calentado. De hecho, es una película delgada de un óxido metálico (usualmente óxidos de metales de transición o metales pesados como el estaño) depositados en una base de sílice. En la mayoría de los casos, el proceso es muy similar al utilizado en la manufactura de "chips" de ordenador. La adsorción de la muestra de gas en la superficie del óxido seguida de una oxidación catalítica, termina en un cambio de la resistencia eléctrica del material oxidado que puede ser relacionado con la concentración de la muestra de gas. La superficie de los sensores se calienta a una temperatura constante de alrededor de 200-250OC, para acelerar la reacción y reducir los efectos de los cambios de temperatura ambientales. Los detectores de semiconductor son sencillos, tienen un buen diseño y pueden ser altamente sensibles. Se utilizan con bastante éxito en la detección de Acido Sulfídrico y se utilizan ampliamente en la fabricación de sistemas baratos de detección de gas para uso doméstico. De todas formas, se han mostrado bastante ineficaces en aplicaciones industriales, debido a su falta de especificidad y a la influencia que los factores atmosféricos ejercen sobre ellos, como las variaciones de temperatura y humedad. Necesitan ser comprobados con más frecuencia que otros tipos de sensor, debido a que se ha encontrado que "se duermen" (pérdida de la sensibilidad). Aparte de las pruebas regulares con gas patrón, también en ocasiones, cuando se exponen a grandes concentraciones de gas necesitan mucho tiempo para recuperarse. 3.-

DETECCION CON SENSORES INFRARROJOS

Muchos gases combustibles tiene bandas de absorción en la región infrarrojo del espectro, y el principio de absorción infrarroja ha sido utilizado como una herramienta en los análisis de laboratorio durante muchos años. Recientemente, los avances electrónicos y ópticos han permitido diseñar equipamiento de un tamaño lo suficientemente pequeño y de bajo consumo como para permitir también la detección de gas en la industria. 87

Contaminantes Químicos: Gases

La nueva generación de sensores tiene ventajas importantes sobre los catalíticos, aunque, en este momento siguen siendo bastante más caros. A pesar de todo, las ventajas van superando a los costes. Esto significa, una mayor rapidez de respuesta (habitualmente 2 o 3 segundos), bajo mantenimiento y una gran simplicidad en los chequeos, (gracias al auto chequeo controlado por microprocesador). Por otra parte, pueden ser diseñados para no resultar afectados por ningún "veneno conocido". Son a prueba de fallo y pueden trabajar con garantías bajo un amplio rango de temperaturas, presión y humedad. En estos momentos ofrecen uno de los pocos métodos prácticos de detección de C02. El principio de funcionamiento opera basado en la absorción IR. La luz pasa a través de una mezcla de gases a dos longitudes de onda, una de ellas está ajustada en el pico de absorción de la muestra, mientras que la otra no. Las dos fuentes de luz se emiten alternativamente y son conducidas por un camino óptico común para salir por una ventana" antideflagrante y a través del gas. Los rayos son reflejados posteriormente hacia atrás por un retro-reflector, volviendo una vez más a través de la muestra y llegando de nuevo dentro de la unidad. Allí, un detector compara la fuerza de la señal de los haces de referencia y de medida para dar una medida de la concentración de gas. Este método permite la detección y análisis en continuo de todos los gases poliatómicos que tienen una banda de absorción de infrarrojos comprendida entre 2 y 10 mm excepto los gases diatómicos que no tienen banda de absorción de infrarrojos (O2, N2, H2...). Un ejemplo típico de analizador de gases por infrarrojos es el representado en la figura adjunta en la que dos fuentes de infrarrojos idénticas (1 y 2) emiten sus rayos una a través de un tubo de referencia (4) conteniendo gas neutro y la otra a través de un tubo de análisis por el que circula el gas a analizar. Un chopper o disco giratorio perforado (6) modula los rayos que pasan a través de las cámaras (tubos) (3) y (4) creando una corriente pulsatoria en cada cámara (7) y (8) del sensor (5) separadas por una membrana (9). En equilibrio, o sea sin mezcla de gases atravesando el tubo de análisis (3), el sensor no da respuesta. Cuando la mezcla de gas circula por el tubo de análisis, esta mezcla gaseosa absorbe una cantidad de infrarrojos proporcional a su concentración creándose como consecuencia un desplazamiento de la membrana (9) del sensor que crea una corriente alterna, la cual convenientemente amplificada nos indica la concentración de gases. Este sistema ha evolucionado, suprimiendo primero una de las lámparas para evitar derivas del cero producidas por el desequilibrio al envejecer las lámparas y no ser iguales la energía emitida por cada una; luego modificando el sensor haciéndolo de tipo electrónico y finalmente eliminando la necesidad de utilizar cámaras o tubos de análisis y analizando las mezclas gaseosas directamente en la atmósfera, empleando una fuente emisora de infrarrojos y otra receptora, separada o integrada en la primera. La miniaturización de componentes y el abaratamiento de los circuitos, permite ya utilizar estos equipos en la industria. Algunas ventajas de este sistema son el ser insensibles a contaminantes que reducen la vida de otros sensores, poder analizar en rangos por 88

Contaminantes Químicos: Gases

encima del L.I.E. y poder detectar los gases en el interior de tuberías aunque no haya presencia de oxígeno (en conducciones de gas inerte por ejemplo o en las canalizaciones de antorchas). 4.- GASES TÓXICOS Los gases tóxicos son frecuentemente más preocupantes desde el punto de vista de la seguridad e higiene de la salud que los gases inflamables. (Hay que tener en cuenta que existe un gran grupo de gases que son tanto tóxicos como inflamables, por ello algunos detectores de gas tóxico necesitan tener aprobación para su uso en área peligrosa). La razón principal para tratar los gases combustibles y tóxicos aparte, se debe a que las normas que regulan su utilización no son las mismas en los dos casos. Con las substancias tóxicas, (aparte de los problemas obvios de contaminación ambiental), la preocupación principal es su efecto en los trabajadores expuestos a ellas, aunque sea a concentraciones muy bajas, que puedan ser inhaladas, ingeridas, o absorbidas a través de la piel. Como los efectos perjudiciales pueden frecuentemente resultar de la exposición a largo tiempo y los efectos acumulativos que ello puede representar, es importante no solamente medir la concentración de gas sino que también es muy importante el tiempo de exposición. Existen también casos de sinergia, donde substancias diferentes se pueden mezclar y producir un efecto todavía peor del que producen por separado. Las concentraciones de substancias tóxicas en el lugar de trabajo, tanto de componentes orgánicos como en inorgánicos, implica una gran preocupación sobre los efectos en la salud de los trabajadores, la posible contaminación del producto final (o del equipamiento utilizado producción) y también, la consecuente interrupción de la actividad labora! normal. 5.9.-

LÍMITES DE EXPOSICIÓN

La mayoría de las naciones industrializadas tienen ahora un número de regulaciones de seguridad dirigidas a proteger a su población trabajadora. Estas normas incluyen usualmente los límites permitidos para la exposición a substancias tóxicas y carcinogénicas conocidas, y todas deben ajustarse a requisitos como el ampliamente aceptado "Control de las substancias peligrosas para la salud" (Control of Substances Hazardous to Healt o COSHH), por ejemplo, o las agencias de control Americanas OSHA y NIOSH. En el caso específico de los gases tóxicos, se utilizan generalmente dos tipos de límites de exposición. Hay que destacar que los valores reseñados difieren ligeramente en diferentes partes del mundo. En los EEUU, por ejemplo, y en la mayoría de los demás países, el límite de exposición a largo plazo (conocido usualmente como TLV o Threshold limit value), se refiere a la concentración total de gas en largos períodos de tiempo y se utiliza para proteger contra los efectos acumulativos de un gas, en largos tiempos de exposición a concentraciones pequeñas. Además, existe el tiempo de exposición a corto plazo (STEL), utilizado principalmente para evitar efectos más peligrosos, como el 89

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producido por una fuga repentina de gas, o al menos trata de reducir los efectos de uno de estos sucesos. Ambos, el límite de exposición a largo y a corto plazo, se utilizan para calcular las concentraciones de la media de tiempo ponderada (TWA). Esto significa que las concentraciones son promediadas durante un período específico de tiempo; que para los tiempos de exposición a largo plazo, es normalmente, de ocho horas y, para los tiempos de exposición a corto plazo de 1 0 a 1 5 minutos, dependiendo de los criterios locales. Idealmente, la monitorización debería ser en continuo, utilizando sistemas de detección de gas con Instrumentos que respondan rápidamente a la presencia de gas y, que puedan también integrar los niveles medidos durante un período de tiempo para dar los valores de TWA. Las concentraciones de gas en el aire normalmente se expresan como partes por millón (ppm), que es la medida de la concentración del gas dividida por su volumen. En Europa se utiliza más una medida alternativa, miligramos por metro cúbico de aire (mg/ m3), que es una medida de masas. La conversión adecuada de ppm/ppb a mg/m3 se puede conseguir mediante la utilización del peso molecular del gas, considerando una temperatura de 25ºC y una presión atmosférica de un bar. En algunos lugares de Europa, particularmente en Alemania, existe un sistema de unidades conocido como "Maximale Arbeitsplatz Koncentration" (MAK) bastante utilizado. Estos valores son publicados por el "Deutsche Forschungs-gemeinschaft" (DFG) y se basan en los efectos experimentales de substancias tóxicas y carcinogénicas, observados en animales y seres humanos; el valor del MAK está definido como "la concentración máxima permisible de un compuesto químico presente en el aire dentro de un área de trabajo (como un gas, vapor, concentraciones de partículas.), el cual de acuerdo con el actual conocimiento, generalmente no ataque la salud del empleado o provoque alguna molestia perjudicial. Bajo estas condiciones, la exposición por un período diario de ocho horas durante una semana media de trabajo de cuarenta horas debe poder ser repetida durante un largo período de tiempo sin la aparición de efectos adversos en las personas expuestas" aunque, la definición es similar a la americana para el TLV, los valores publicados del MAK son diferentes en muchos casos a los dados para el TLV. En el Reino Unido, existen también ahora dos diferentes definiciones para exposición ocupacional utilizados en las normas del "Health monitoring Executive's COSHH". Estas son: el límite máximo de exposición (MEL) y la exposición ocupacional estándar (OEL). La diferencia clave entre ellos reside en que el OEL está ajustado a un nivel en que no existe indicación inmediata de riesgo para la salud, mientras que para el MEL, un riesgo residual es posible. 5.-

MONITORIZACION HIGIÉNICA

La expresión monitorización higiénica" es utilizada habitualmente para referirse a la monitorización industrial de la salud asociada a la exposición de los empleados 90

Contaminantes Químicos: Gases

a condiciones peligrosas de presencia de gases, polvo, ruido, etc. En otras palabras, el objetivo es asegurar que estos niveles en el lugar de trabajo están por debajo de los indicados por las normas. El concepto afecta igualmente a la vigilancia de áreas clasificadas (previniendo exposiciones potenciales) y a la vigilancia del personal, en cuyo caso, estos instrumentos son utilizados por los trabajadores y el muestreo se hace tan cerca de la zona de respiración como sea posible. Esto asegura que el nivel de contaminación medido es realmente representativo del inhalado por el trabajador. Es necesario insistir en que los dos, la monitorización del personal y la del lugar de trabajo, deben ser consideradas como partes de un todo, un plan de seguridad integrado. Los instrumentos sólo suministran la información acerca de las condiciones que existen en la atmósfera. Esto, después, puede permitir tomar las acciones necesarias para cumplir con las importantes normas y requisitos de seguridad e higiene industrial. Cualquiera que sea el método que se adopte, es importante tener en cuenta la naturaleza de la toxicidad de cualquiera de los gases involucrados. Por ejemplo, cualquier instrumento que sólo mida el TWA, o tome una muestra para un posterior análisis en el laboratorio, no puede proteger a un trabajador contra una corta exposición a una dosis letal de una substancia altamente tóxica. Por otra parte, puede ser bastante habitual sobrepasar brevemente la medida de exposición a largo tiempo (LTEL) en algunas áreas de la planta, y no ser necesario su indicación como una situación de alarma. Por lo tanto, el sistema óptimo debe ser capaz de supervisar y alertar rápidamente en ambos casos, altas concentraciones de gas y también un fiable registro de las exposiciones a largo plazo. 6.-

DETECCION DE GASES TÓXICOS

Los gases tóxicos, generalmente, necesitan ser detectados y medidos a concentraciones muy bajas. A pesar de que un gran número de gases tóxicos son también combustibles (p.e. Amoníaco, monóxido de carbono o metanol), no es posible el uso de detectores de gases inflamables para la medida de estos gases, ya que la sensibilidad necesaria está muy por debajo del mínimo nivel detestable por un sensor de gas inflamable. El efecto fisiológico de la exposición a- un gas tóxico es muy diferente de un gas a otro y el efecto de la sensibilidad cruzada a otros gases es también un factor muy importante a tener en cuenta. Debido a la amplitud y diversidad de gases tóxicos a detectar, no ha sido posible desarrollar un sensor universal que sea capaz de medir todos los gases. A pesar de todo, existe una cierta cantidad de diseños de sensor fiables, los cuales pueden manejar grupos de gases o pueden ser modificados para ser específicos para un determinado gas. Los más habituales se describen a continuación.

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6.1.-

SENSOR ELECTROQUÍMICO

Este tipo de sensor puede ser utilizado en la mayoría de los casos más comunes, incluyendo CO, H20, Cl, SO2, etc. Es una célula electroquímica, formada por dos electrodos sumergidos en un medio electrolítico común. Este puede ser en forma de líquido, gel o un sólido poroso impregnado. El electrolito es aislado de las influencias externas mediante una barrera, que puede ser una membrana permeable al gas, un medio de difusión o un capilar. La célula se diseña para una sensibilidad máxima combinada con una interferencia mínima de otros gases que puedan estar presentes. Durante el funcionamiento, un voltaje polarizado es aplicado en los electrodos y cuando el gas penetra a través de la barrera en el sensor, una reacción de oxidaciónreducción (redox) genera una corriente eléctrica que es linealmente proporcional a la concentración del gas. Existen numerosos diseños de células electroquímicas, algunos de los cuales tienen un electrodo de control (o de referencia) para reducir los efectos de la polarización o hacer la medida más específica para un gas en particular. Los sensores son relativamente sencillos de diseñar, necesitan poca alimentación y generalmente son bastante sensibles y precisos. Los niveles de detección pueden ser hasta de 1 o 2 ppm de gas, mientras que el tiempo de respuesta típico (T90) suele ser de alrededor de 30-60 segundos. Niveles mínimos de detección, 0.02 ppm a 50 ppm, se alcanzan dependiendo del tipo de gas y de célula utilizada. Desafortunadamente, la mayoría de las células electroquímicas se ven afectadas por los cambios de la humedad y el caudal de aire y pueden resultar algo inestables si no se suministran con algún sistema de estabilización. La barrera que aísla el electrolito tiene 100% de humedad en una cara y ambiente normal en la otra. Esto puede causar una lenta difusión de vapor de agua desde la célula, y algunos diseños de células necesitan la adición periódica de agua o electrolito. La vida del sensor para las células electroquímicas es en condiciones normales, de alrededor de tres años, con excepción de los de oxígeno que tiene una vida más corta, debido a una más rápida reducción y agotamiento del electrolito.

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6.2. DETECCION CON SENSOR POR FOTOIONIZACIÓN (P.I.D.). La detección de gases por fotoionización (Photo Ionization Detection) se utiliza para detección y medición de bajas concentraciones de sustancias químicas ionizables tales como Compuestos Orgánicos Volátiles (V.O.C.s) y otros gases tóxicos.

Un Photo Ionization Detector (PID) utiliza una fuente Ultravioleta (UV) ("Photo") para "Ionizar" una muestra o corriente de gas y "Detectar" su concentración. La ionización ocurre cuando las moléculas de gas al pasar delante de la lámpara absorben la alta energía de la luz UV, que excitan las moléculas y se forman electrones con carga negativa y iones con carga positiva. Estas partículas cargadas eléctricamente producen una corriente que se puede medir fácilmente. Los iones se recombinan al descargarse en los electrodos para volver a forma la molécula original. Por ello, este es un sistema no destructivo y las muestras pueden guardarse para hacer otros análisis. Todos los elementos y sustancias químicas pueden ionizarse, pero difieren de la cantidad de energía que precisan. La energía necesaria para separar un electrón y ionizar un compuesto es su Potencial de Ionización (P.I.), medido en electrón volts (eV). Los Potenciales de Ionización están descritos en el apéndice 2. La energía de luz emitida por una lámpara UV se mide también en eV. Si el P.I. de una muestra de gas es menor que la emisión eV de la lámpara, entonces la muestra se ionizará. El Benceno tiene un P.I. de 9,24 eV y puede verse con una lámpara de 10,6 eV. El Acido Acético tiene un P.I. de10,66 eV puede verse solamente con una lámpara de 11,7 93

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eV. El monóxido de carbono tiene un P.I. de 14,01 eV y no puede ser ionizado con una lámpara P.I.D. Compuestos que se pueden detectar y medir : Orgánicos: Aromáticos: - BTEX: benceno, etil benceno, tolueno, xileno... Ketonas y Aldehídos: - Compuestos con enlace C=O : MEK, Acetaldehido... Hidrocarburos clorados: - Tricloroetileno (TCE) ... Compuestos de azufre: - Mercaptanos ... Aminas y Amidas: - Hidrocarburos conteniendo nitrógeno: Dietil amina, DMF ... Hidrocarburos no saturados: - Compuestos C = C y C º C : Butadieno ... Hidrocarburos saturados (alifáticos): - Butano, Hexano ... Alcoholes: - Etanol, Isopropanol ... Inorgánicos: Amoníaco, cloro ... Gases para semiconductores: Arsina ...

7.-

DETECTORES DE GAS

7.1.-

DETECTORES PORTÁTILES

Los instrumentos para la detección de gases existen generalmente en dos formatos: portátiles, como detectores de "alarmas" y monitores "fijos", sistemas de monitorización continua. ¿Cuál de ellos es el más adecuado para una aplicación en particular?.

Depende de muchos factores: las condiciones "in situ", si el riesgo es permanente o temporal, cuál es la frecuencia necesaria de comprobación, cuál debe ser el nivel de lectura tomado en cuenta (p.e. almacenamiento de sucesos o alarmas), y por último, pero no por ello menos importante, la disponibilidad económica. Los detectores de gas portátiles suman aproximadamente la mitad del total de los modernos detectores electrónicos en uso hoy en día. Su utilización es muy frecuente en minas de carbón, redes de alcantarillado, y conducciones subterráneas de electricidad y teléfonos, además de empresas de tratamientos de agua e instalaciones municipales en el mundo entero. En general, son fiables, compactos y ligeros y pueden ser transportados con facilidad de un lugar a otro. 94

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Además, son extremadamente útiles para comprobaciones locales o la búsqueda del origen de una fuga que haya sido detectada originalmente por un sistema de detección. Los detectores portátiles de gas inflamables se conocen habitualmente como explosímetros, y en particular en la industria minera como metanómetros. La mayoría de las características de un sistema fijo de detección de gas, están contempladas en la unidad portátil la cual está alimentada por una batería. A menudo los equipos portátiles están equipados por un número de diferentes sensores, obteniendo la posibilidad de intercambiar los sensores con rapidez. Su aplicación, mayoritariamente, son las comprobaciones locales, pruebas en espacios cerrados y seguridad en el trabajo en general. Los equipos portátiles más recientes, están dotados de un software muy sofisticado y pueden, por ejemplo, grabar las lecturas tomadas en diferentes localizaciones de la planta para su posterior almacenamiento y estudio de los niveles de exposición a los gases en los lugares de trabajo. Otras características suelen incluir sistemas de calibración y autochequeo mediante programas interactivos, corrección automática de la deriva del rango, sensores precalibrados en fábrica, y sensores intercambiables. Muchos detectores de gas portátiles para la detección de gases inflamables (y muchos tóxicos) están certificados como intrínsecamente seguros y por lo tanto pueden ser utilizados en zonas clasificadas de las plantas o en minas subterráneas.

7.2.-

SISTEMAS DE DETECCIÓN DE GAS

El método más común empleado para monitorizar continuamente una planta industrial contra una fuga de gases peligrosos, consiste en situar en puntos estratégicos una serie de sensores, en aquellos lugares donde es más probable que suceda una fuga de gas. Estos detectores se conectan después eléctricamente a un controlador multicanal, localizado aparte, en un lugar seguro, lejos de las fugas de gas, y suelen tener indicadores de alarma, registros, etc. Esto se conoce a menudo como un sistema de puntos fijos, que como su propio nombre indica, está localizado permanentemente en una planta industrial (p.e. una plataforma petrolífera, una refinería, una planta química, etc.) y suelen tener tradicionalmente un diseño analógico de los circuitos. La complejidad de un sistema de detección de gas depende de la interpretación de los datos para su diseño. El registro de datos permite utilizar esta información para identificar áreas problemáticas y mejorar los medios de control. Si el sistema va a ser utilizado sólo como un sistema de alarmas, entonces las salidas del sistema pueden ser sencillas y no se suele necesitar almacenamiento de datos. En la elección de un sistema, por lo tanto, es importante saber como se va 95

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a utilizar la información para adecuar mejor las prestaciones del sistema en consideración. En la detección de gases tóxicos, la utilización de sistemas multipunto ha demostrado rápidamente su potencial para resolver una amplia variedad de problemas de exposición en el lugar de trabajo y su inapreciable valor para identificar problemas y advertir a trabajadores y empresarios, sobre los niveles de contaminación en el lugar de trabajo. En el diseño de sistemas multipunto, es necesario pensar con cuidado en los elementos que deben intervenir, y en como se deben conectar entre si. Por ejemplo, cuando se utilicen detectores de gas catalíticos, el cable de interconexión utilizado debe tener tres conductores de, al menos 1 mm2, para que puedan transportar no solo la señal, sino también, la alimentación eléctrica del circuito, que suele estar situado en el sensor, para reducir así la pérdida de señal de voltaje a lo largo de la línea.

En el caso de los gases tóxicos (y algunos inflamables), los sistemas de monitorización de gas, con frecuencia muestrean el gas a lugares distantes y son conducidos mediante sistemas de bombeo hacia el sensor, a través de un sistema de tubos de material plástico. los tubos, un sistema de muestreo secuencial y la situación de filtros en cada tubo para detener las partículas o el agua que puedan reducir el caudal de gas. La sección de los tubos puede ser crítica, porque debe ser lo suficientemente grande para dar una rapidez de respuesta suficiente con bombas de muestreo de tamaño estándar, pero al mismo tiempo no deben ser tan grandes que produzcan una dilución excesiva de la muestra en el aire. Cada punto de muestreo debe ser conectado a un tubo de muestra individual y si hay más de un punto de muestreo conectado a un solo sensor central, es necesario purgar éste adecuadamente entre muestra y muestra. Los controladores utilizados en los sistemas fijos de detección de gas se centralizan normalmente en un panel de control y pueden ser monocanales (p.e. una sola carta de control por sensor) o configuraciones multicanal, éste último se está demostrando como el más potente, aunque las limitaciones de espacio y de coste pueden resultar importantes. Las unidades de control incluyen un panel frontal con un indicador que puede ser un galvanómetro o una pantalla de LED's o LCD, aparte de lámparas auxiliares de indicación. Estas indicaciones reflejan los niveles de lectura TLV, STEL, TWA o LEL, dependiendo de si los gases monitorizados son tóxicos o inflamables. Para cada uno de los sensores normalmente existen relés internos para controlar funciones como las de alarma, fallo o desconexión. Las condiciones de alarma pueden ser seleccionadas individualmente a uno o dos niveles, dependiendo del uso o las normas vigentes en la industria. Otras características pueden incluir la inhibición y el rearme de alarmas, indicación de sobrerango y una salida de 4-20 mA para almacenamiento o tratamiento de los datos. A pesar de todo, es importante recordar que el propósito principal de un 96

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sistema de monitorización de gases, tanto tóxicos como inflamables, es la detección de emergencias, advertir al personal de planta y posiblemente iniciar procedimientos de parada, y no solamente sirve para almacenar el suceso o medir los riesgos a los que el personal ha sido expuesto. 8.-

CABLEADO Y CAJAS DE CONEXIÓN

En un sistema industrial de detección de gases típico como el descrito, los sensores están situados en un número de puntos estratégicos por la planta y a diferentes distancias de la unidad de control. Es importante recordar que cada cable de sensor tendrá una resistencia diferente, dependiendo de su longitud y su diámetro. Para compensar cualquier caída de tensión que se pueda producir en el circuito, que por otra parte puede ocurrir, el circuito de control normalmente incorpora una resistencia variable para permitir el ajuste individual de cada canal de detección de gas. Esto ayuda a evitar errores en la salida del sensor y mejora la precisión total de las lecturas. Los cables del sensor están protegidos de daños externos conduciéndolos a través de tubo, o utilizando cables de tipo armado con una "armadura" exterior. En los extremos de cada cable se colocan prensa estopas para su protección, conectándose el sensor al resto del conjunto mediante cajas de conexiones, que procuran una baja resistencia en la conexión y un acabado "limpio". Es importante asegurar que los tamaños de los prensa estopas y las roscas son compatibles con la caja de conexiones y el diámetro externo de los cables, que van a ser utilizados. También es aconsejable untar una grasa libre de siliconas en las roscas para preservar la impermeabilidad de las conexiones y facilitar su apertura para mantenimiento. Un detalle más a recordar, es que los fabricantes de detectores normalmente indican la resistencia de bucle máxima (no la resistencia de línea) de las conexiones de sus sensores cuando suministran la información para calcular el diámetro de los conductores para la instalación. 9.-

TRANSMISION DE DATOS

La mayoría de los sistemas de detección de gas fijos, hoy en día son todavía de tipo analógico. En otras palabras, envían una señal eléctrica continua (una variación de corriente o de tensión) entre el sensor y el controlador. Este tipo de configuración tiene ciertos inconvenientes, en particular, el alto coste del cableado de cada una de las señales y la limitación impuesta por la resistencia del cable. Por otra parte, con el uso extendido de los microprocesadores y la tecnología de microcircuitos, se está produciendo un rápido avance hacia el uso de sistemas digitales, en particular para los sistemas basados en la conversión y posterior transmisión de la señal analógica producida por el sensor. Esto ha provocado también muchas discusiones acerca del Bus de campo (Field-bus), que se ha propuesto como un estándar de comunicación para todos los instrumentos de campo. Esto será con el tiempo un protocolo estándar y un diseño universal de red de comunicación que será común a todos los fabricantes. Este estándar permitirá la comunicación y la interconexión entre los equipos de los diferentes suministradores. La actual tecnología utiliza lo que se ha dado en llamar sistemas inteligentes. Un ejemplo típico de ello es el GDACS, que son las siglas de "Sistema de Adquisición y Control de Datos de Gas" (obviamente en su traducción 97

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inglesa) que funciona convirtiendo la señal de 4-20mA de los detectores de gas estándar en un código de impulsos digitales. Esto suministra la información de un número de fuentes diferentes, como sensores de presión o temperatura, detectores de incendios, etc. , para ser intercomunicados a través de una vía de datos de dos hilos. Cada entrada está localizada en un código de dirección único (direccionada) y cuando el sensor es interrogado por el controlador de la vía de datos, le devuelve la información sobre su estado hacia la sala de control. La utilización de la tecnología de los microprocesadores permite también la compensación de las interferencias debido a las condiciones ambientales, obteniendo una mayor precisión o, por medio de comunicación bidireccional con los sensores, puede dar información del estado de funcionamiento o diagnósticos de estado. El sistema acepta también entradas lógicas o de estado en la vía de datos además de instrumentos analógicos. Mediante el uso de salidas de actuación direccionables, es posible operar sobre alarmas locales o procedimientos de parada por medio de la misma vía de datos, o también el cableado de todas las funciones al control de la planta. Las fuentes de alimentación de campo y los amplificadores de línea permiten un sistema amplio y flexible. Los controladores de la vía de datos dan una salida con información detallada acerca del estado de las señales de entrada, y ésta puede ser enviada mediante una salida serie a una consola de monitorización basada en un ordenador. Existe una amplia variedad de posibles modos de presentar la información, desde simples diagramas de barras, a completas representaciones gráficas de la planta mediante sinópticos o planos de la misma, con la posibilidad del almacenamiento de los datos. Los sistemas digitales están empezando a ser instalados en la mayoría de las grandes plantas industriales y en las instalaciones marinas. Las ventajas de la reducción de costes y cableados, junto con la oportunidad de la integración de toda la instrumentación de la planta, análisis de tendencias y mantenimiento preventivo han hecho de estos sistemas un instrumento muy atractivo para los ingenieros de las plantas. 10.-

SITUACIÓN DE LOS SENSORES

¿Cuántos detectores puedo necesitar?, ¿Dónde debo situarlos para estar seguro de que van a detectar una fuga?. Estas son, seguramente, las dos preguntas más frecuentes acerca de sistemas de detección de gas y, probablemente las más difíciles de contestar, porque no existen reglas definidas al respecto para poderlas seguir. A pesar de todo, existen una serie de normas evidentes que facilitan la toma de decisiones. La experiencia práctica es siempre un consejero extremadamente valioso pero hay que recordar que la mayoría de normas, generalmente recomienda un número algo mayor de sensores para asegurar la adecuada redundancia. En primer lugar, existen tres métodos alternativos (o complementarlos) para situar los sensores a utilizar- detección puntual, en la que los sensores se sitúan cerca de los lugares de fuga más probables, -detección perimetral, donde los sensores tratan de rodear por completo el área (y también pueden ser detectores puntuales. La naturaleza y el tamaño 98

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de la planta ayudará, a menudo, a decidir cual de estos métodos es el más apropiado para ser utilizado, pero existen otros factores a tener en cuenta: 1.

2.

3.

4.

Cualquier sensor que se utilice para la detección de un gas o vapor de una densidad mayor que 1 (más pesado que el aire), debe ser situado cerca del nivel del suelo. Como ejemplo de cuales son estos gases citaremos el Butano, LPG y el Xileno. Para gases más ligeros que el aire, como el Hidrógeno, metano, amoníaco, etc. el sensor debe ser colocado en altura, por ejemplo en el techo para localizaciones interiores (a temperaturas bajas, como una cámara frigorífica, el amoníaco se vuelve más denso que el aire). En el exterior, las condiciones ambientales adquieren más importancia. Es aconsejable situar los sensores a favor de la corriente de los vientos mas frecuentes y poner protecciones intemperie para proteger los sensores de la lluvia y la nieve. Es preciso recordar que la lluvia tropical puede salpicar a más de treinta centímetros del suelo y por lo tanto en condiciones parecidas, los detectores situados para detectar gases pesados deben ser elevados. Se deben tener en cuenta los efectos del viento en edificios, tanques y otros obstáculos que pueden producir acumulación de gases en huecos de los tejados, hoyos, zanjas, circuito del aire acondicionado etc. Los sensores que funcionan por difusión deben ser situados normalmente hacia abajo, especialmente para los gases ligeros. Cuando se sitúe un equipo de infrarrojos de camino abierto es importante asegurarse que no hay un bloqueo u oscurecimiento permanente del camino del haz. De todas maneras, bloqueos momentáneos como vehículos, personal de la planta, pájaros y condiciones atmosféricas como lluvia, nieve, etc., deben ser tenidos en cuenta y programados en los ajustes de alarmas de la unidad durante la instalación. La luz del sol, normalmente no causa problemas, pero es recomendable no situar el sensor directamente hacia la dirección de la salida del sol.

99

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5.

La situación de los sensores pretende la mayor protección de las instalaciones industriales como calderas, compresores, tanques de almacenamiento a presión, tuberías de conducción, etc. Las partes más vulnerables son válvulas, manómetros, bridas, juntas en "T", conexiones de llenado y drenaje, etc. Los sensores deben ser situados ligeramente alejados de los elementos que trabajan a alta presión para permitir la formación de una nube de gas. De otra manera, una fuga de gas podría pasar a gran velocidad cerca del sensor y no ser detectada eficazmente.

Quizás lo más importante de todo, es no tratar de economizar utilizando el mínimo número de detectores posible. ¡Unos detectores de más pueden suponer la diferencia frente a una fuga de gas!. Para una información más detallada de estos y otros aspectos de la detección y monitorización de gas, sugerimos obtener copias de las siguientes publicaciones (o, en algunos casos, los estándares equivalentes existentes en su país)-. "Electrical Apparatus for the detection and measurement of combustible gases" (BS EN 50054 to BS EN 50058, formerly BS6020 parts 1/5). "Electrical apparatus for potentially explosiva atmospheres (EN 50014/1 8/19/20/28/39, formerly BS 5501 parts 1, 4, 5, 6, 8 & g). "Selection, insta!lation and maintenance of electrical apparatus for use in potent;ally explosiva atmospheres" (ES 5345 1989, IEC 79-12). 100

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Selection, insta.llation, use and maintenance of apparatus for the detection and measurement of combustible gases" (BS 6959 1 989). UK Health and Safety Executive "Occupational Exposure Limits" (EH 40/92). "Combustible gas detection" (CSA C22.2 NI 152-M1984). "Detection and Measurement of Hazardous Gases" Edited by C.F. Cullis and J.G. Firth. "Alr Monitoring for Toxic Exposures". Ness, Shirley, & Van Nostrand Re'lnhoid. New York 1 991. "A Survey of Toxic Gas Sensors and Monitoring Systems" Solid State Tech. Nicholas O.Karikoff Dec. 1989.

5.18.- PARA MEJORAR LA SEGURIDAD Un desarrollo industrial descontrolado, junto al agotamiento de los recursos naturales, ha dejado al mundo con un constante aumento de los niveles de contaminación atmosférica y de riesgo para la salud. Mientras que los gobiernos intentan concienciar a la sociedad e introducir una legislación protectora del medio ambiente, las compañías más progresistas están intentado también por su parte, llevar a cabo esfuerzos para reducir las emisiones y mejorar la seguridad y la salud de los empleados. En este proceso, han descubierto que, a la vez que reducen la emisión de contaminantes y desechos, mejoran la industria, mejorando el rendimiento y haciendo más rentable el uso de los recursos. Esto incentiva considerablemente pará mejorar ambos, la seguridad y la eficiencia. La instalación de un control efectivo de la seguridad y la polución necesita el uso de una instrumentación precisa y fiable, para controlar con eficacia la totalidad del sistema.

101

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CAPITULO 7

GASES: PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS EFECTOS CONTENIDO

Página

1. La Atmósfera

103

2. Oxigeno

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3. Monóxido de carbono

107

4. Metano

114

5. Hexafluoruro de azufre

117

6. Acido Sulfídrico

120

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1.-

LA ATMÓSFERA

Composición gaseosa de la atmósfera La atmósfera o aire atmosférico está compuesto de varios gases diferentes. Su composición se considera constante en toda la superficie terrestre, excepto en el caso de variaciones producidas por el hombre mediante emisiones locales de gas. Los principales elementos que forman el aire son los reflejados en la siguiente tabla. Composición de Aire Volumen % 20.93 78.11 0.03 0.93 Variable

Oxígeno Nitrógeno Dióxido de Carbono Gases Inertes Vapor de Agua

Entre los gases inertes están comprendidos principalmente el argón, hidrógeno, neón, kriptón etc. Estos no entran en ninguna reacción fisiológica normal y se les puede considerar incluidos en la concentración de nitrógeno a efectos prácticos. Así la composición de la atmósfera es considerada como, oxígeno 21%, nitrógeno 79 % y vapor de agua. La composición constante del aire, a pesar de la constante adicción de dióxido de carbono debido a la actividad de los seres vivos, se debe principalmente a la acción de las plantas que absorben dióxido del carbono y emiten oxígeno, y al agua de los océanos que disuelve muchos otros gases contaminantes. Propiedades Físicas y Químicas El aire atmosférico tiene un peso específico de 1, es incoloro, inodoro e insípido y, aunque no es inflamable, mantiene la combustión. Presión Atmosférica La atmósfera forma una capa alrededor de la tierra de unos 300 kilómetros de espesor, y ejerce una presión sobre la superficie que variará con la temperatura, humedad y distancia a la superficie de la tierra (altitud). La presión atmosférica se puede expresar en atmósferas o bares (1 atmósfera = 1.013 bares). La presión atmosférica media al nivel del mar es igual a 101.3 kilopascales, 1,013 milibares o 760 milímetros de mercurio.

103

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En recintos cerrados, hay que tener en cuenta que variaciones de presión afectan a las condiciones de ventilación. Variaciones de presión y sus efectos en recintos subterráneos. Es indispensable efectuar medidas de presión en la superficie para realizar la ventilación de un recinto subterráneo, porque los cambios en la presión atmosférica afectaran considerablemente los trabajos en el interior, especialmente si hay de salas donde se han podido almacenar gases tóxicos Normalmente se considera que hay poco riesgo en espacios bien ventilados y cuando el barómetro se mantiene constante o sube, ya que se establece un estado de equilibrio, de modo que la renovación de aire elimina los posibles gases desprendidos. Las variaciones en la presión atmosférica afecta poco o nada a la velocidad de generación de los gases dentro del recinto. Resulta peligroso cuando la presión baja rápidamente. Todos los gases se expanden cuando la presión a que están sometidos es baja, y se comprimen cuando aumenta. Cuando tenemos una disminución en la presión barométrica, tenemos una reducción de la presión atmosférica, tanto en superficie como en el interior de los recintos subterráneos, y este efecto da lugar a que los gases tóxicos almacenados en el interior extiendan e invadan otros espacios. Si la disminución de la presión es lenta, los gases se expanden de forma gradual, siendo diluidos por la ventilación normal. Pero cuando la presión disminuye, el volumen de gases que invaden el resto de las salas en un corto periodo de tiempo, puede llegar a resultar peligroso. En otras palabras, no es tanto la variación de presión lo que aumenta el riesgo de presencia de gases tóxicos, sino la velocidad con que se produce la variación de la presión. Se debe tener en consideración que los propios gases almacenados en los subterráneos actúan como un barómetro y es muy posible que se expandan y difundan antes de que el barómetro aprecie variaciones de presión. Por consiguiente, aunque la lectura del barómetro permanezca estable, no se debe descuidar la observación de las medidas de seguridad. La situación ideal es mantener una ventilación adecuada en cualquier condición, independientemente de las variaciones de la presión indicadas en el barómetro. Y se debe recordar que es precisamente cuando la lectura del barómetro es alta, cuando es más probable que se produzca una disminución en la presión atmosférica. 2.-

OXÍGENO (O2)

Propiedades Químicas y Físicas El oxígeno es un gas incoloro, inodoro, insípido con un peso específico de 1.11. Es el componente más importante del aire, y forma parte de él en una proporción de 20.93 %. 104

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Es ligeramente soluble en agua y se licúa a - 182 grados celsius, formando un líquido azul pálido. El oxígeno es necesario para la vida y para que se produzca cualquier combustión. Las personas respiran más fácilmente y trabajan mejor cuando el aire contiene el 21 % de oxígeno aproximadamente, aunque se puede vivir y trabajar a concentraciones de oxígeno inferiores. Deficiencia de Oxígeno La tabla indica los efectos que la deficiencia de oxígeno produce en el cuerpo humano y en la combustión. O2 % 20,93 19,00 17,00 16,00 12,50 10,00 8,00 7,00 2,00

Efectos Concentración de O2 en condiciones normales al nivel del mar. La luminosidad y la altura de la llama de una lampara de seguridad disminuye a la mitad. La llama de la lámpara de seguridad se apaga. El hombre tiene dificultades para realizar esfuerzos. Desaparecen todas las llamas de combustión. Aumenta la ventilación pulmonar con cualquier esfuerzo. Aparecen las nauseas y vómitos. Los labios se tornan azules y aumenta la dificultad para realizar movimientos. La respiración se hace más rápida, el color de la cara se transforma en azul-grisáceo. Aparecen palpitaciones y estado de confusión. Se produce un desvanecimiento rápido generalmente seguido de la muerte. Cesa cualquier tipo de combustión.

Efectos fisiológicos del oxígeno En la tabla anterior se indican los síntomas experimentados por el hombre cuando se expone a una reducción gradual en el porcentaje de oxígeno, sin exceso de dióxido de carbono. Los trabajos pesados y la temperatura alta reducen la capacidad del hombre para tolerar una atmósfera con déficit de oxígeno. Si un hombre se expone de repente a una atmósfera inerte, se produce rápidamente el colapso 40 segundos sin aviso, ni dolor anterior, y si se recupera, no recordara nada de lo sucedido. El porcentaje de oxígeno más alto de lo normal 20-21 % no produce ningún efecto en el hombre. Este es el principio de funcionamiento de equipo de respiración autónomo. No se han detectado efectos por utilización de equipos de respiración en periodos sucesivos y largos. El oxígeno en porcentajes altos, facilita a los hombres la realización de trabajos con menos fatiga. Sin embargo, es peligroso respirar oxígeno puro mientras el cuerpo se mantiene a presiones superiores a la atmosférica.

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Los efectos irritantes producidos por el oxígeno sólo aparecen después de exposiciones durante cuarenta y ocho horas o más en una atmósfera con el 80 % de oxígeno, a presión atmosférica normal, produciéndose lesiones en el tejido pulmonar. Influencia de la presión en el porcentaje de oxígeno Debe entenderse que la de presión parcial del oxígeno disminuye según aumenta la altura, mientras el porcentaje en volumen de permanece constante. El porcentaje de oxígeno en volumen en aire libre del vapor de agua es aproximadamente 20.93 % y se mantiene constante hasta una altitud de aproximadamente 90 kilómetros. Sin embargo, lo que resulta esencial para la respiración humana no es el volumen de oxígeno, sino la presión parcial del oxígeno (212 milibares al nivel del mar). La presión parcial de oxigeno a una altitud de 6 kilómetros es de 106 milibares que equivalen a un aire en el que la concentración de oxígeno se ha reducido a 10.5 %. En zonas montañosas, los hombres se han aclimatado a aire enrarecido y pueden vivir bastante bien a altitudes de unos 5 kilómetros, aunque se han alcanzado alturas superiores practicando alpinismo. Detección de oxígeno Generalmente no es necesario detectar la presencia de oxígeno ya que es la deficiencia la que lleva a situaciones peligrosas. El método clásico de emplear pájaros no es suficiente para advertir de la deficiencia de oxígeno, ya que al estar en reposo no realizan ningún ejercicio y además pueden vivir en concentraciones de oxígeno más bajas que las que necesita el hombre. Tampoco se consideran adecuados los tubos detectores de oxígeno para medir la deficiencia de oxígeno, ya que no poseen la suficiente precisión. Clásicamente, la lámpara de llama era el único medio disponible para detectar la deficiencia de oxígeno en espacios subterráneos. Esta detección se basaba en la reducción en la altura de la llama y de su luminosidad. Sin embargo, la presencia de metano modifica la reacción de la llama y no hay que olvidar que la estimación dependía de la interpretación y memoria del trabajador para comparar la altura y luminosidad de la llama con las que tendría en aire fresco. Por tanto, la lámpara sólo proporcionaba una orientación de las bajas concentraciones de oxígeno. Y no hay que olvidar que una persona puede realizar trabajos duros hasta el 18 %, y que por debajo de esta concentración se puede producir rápidamente la inconsciencia. En sitios subterráneos a gran profundidad, la presión parcial de oxígeno es superior. De hecho a una profundidad de 500 metros la presión parcial del oxígeno aumenta 10 milibares y equivale a un aumento de un 1 % en volumen. Ésto significa que un detector de oxigeno calibrado al 21% en la superficie leerá 22 % en el fondo. Para evitar confusión se recomienda que el detector se ajuste al 21 % en la profundidad a la que vamos a emplearlo, después de comprobar que es aire fresco.

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Riesgos producidos por el oxígeno Se deben extremar las precauciones al manejar o usar oxígeno comprimido. Siempre se debe considerar la posibilidad de que se produzca un incendio o explosión. Nunca se debe pensar que como el oxígeno no quema por sí mismo y no es explosivo, que no es peligroso. El oxígeno soporta y acelera tremendamente la combustión con cualquier material combustible incluyendo materiales como el hierro o el acero. El calor necesario para comenzar la combustión se puede desarrollar fácilmente por la vibración de las partículas bajo la presión de oxígeno. El calor también puede ser generado por la condensación súbita de gas, por esta razón, siempre se debe abrir la válvula del oxígeno tan despacio como sea posible. El enriquecimiento de la atmósfera de una sala a niveles del 25 % de oxígeno crea una situación de riesgo, y este nivel puede ser especialmente peligroso en espacios confinados. El enriquecimiento de oxígeno también aumenta el límite superior de inflamabilidad de un gas. Nunca se debe olvidar el riesgo que existe al usar lubricantes con oxígeno. El aceite, la grasa y otros materiales combustibles pueden quemar e incluso explotar si se alcanzan sus temperaturas de ignición en presencia de oxígeno puro o presurizado. Se pueden alcanzarse tales temperaturas cuando se abre rápidamente la válvula de una botella. Por tanto los manoreductores, válvulas y otros elementos utilizados en sistemas de gas comprimido se deben mantener limpios y libres de aceite y grasa. Y antes de utilizar una línea de suministro de oxígeno, se debe limpiar. Tampoco se debe emplear ningún lubricante con oxígeno a presiones superiores de 25-30 atmósferas. Por debajo de esta presión y en situaciones de riesgo, se puede usar disulfuro de molibdeno como lubricante, extremando el cuidado para asegurar que no esta contaminado con cualquier tipo de aceite o la materia desconocida. Aplicaciones del oxígeno Las principales aplicaciones son: • • • •

3.-

Se usa en operaciones de soldaduras, corte y reducción de metales. Se utiliza en casos de dificultades respiratorias administrado en estado puro o como un componente de otro gas También se emplea como componente de gases analgésicos. Es empleado en trabajos en alturas, vuelos, buceo y en equipos de respiración autónoma. Administrado a presión (hiperbárico), se utiliza para el tratamiento de gangrena y de envenenamiento por gases.

MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

El monóxido de carbono es el gas del tóxico más peligroso que se puede encontrar habitualmente en espacios subterráneos. Las normas con respecto a este gas deben ser tenidas en cuenta en cualquier situación de emergencia.

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El monóxido de carbono es considerado particularmente peligroso por su toxicidad y porque resulta casi imposible de detectar por su olor o sabor. Muchas personas han perdido sus vidas en concentraciones pequeñas de este gas sin ser consciente de la presencia del gas. Se origina en la combustión incompleta de cualquier compuesto carbonado. En cualquier espacio subterráneo donde se ha producido un fuego o explosión, debe sospecharse la presencia del monóxido de carbono. Deben efectuarse todas las pruebas necesarias y tomar las precauciones adecuadas, especialmente en los grupos de exploración. No hay que olvidar que monóxido del carbono siempre está presente en humos visibles. También se produce por el mal funcionamiento de motores diesel y de los compresores de aire sobrecalentados.

Propiedades físicas y químicas. El monóxido del carbono es un gas incoloro, e insípido con una densidad relativa de 0.97. Aunque esta última es similar a la del aire, se encuentra a menudo en los niveles superiores ya que suele estar asociado a procesos caloríficos. Es ligeramente soluble en agua, inflamable y tóxico, y se quema en aire con una llama azul pálida originando dióxido del carbono. Los límites de explosividad en aire son del 12.5% y del 74 % respectivamente y la concentración de explosividad máxima es 29 %. Se considera que el riesgo explosivo es despreciable frente a los efectos tóxicos. Efectos fisiológicos El efecto tóxico del monóxido de carbono se debe a su acción en el torrente sanguíneo, impidiendo a la sangre su función de transporte de oxígeno. Ésta absorbe mayor cantidad de monóxido de carbono que de oxígeno, afectando a tejidos y órganos con gran rapidez. Para entender estos efectos necesitamos tener en cuenta varios puntos.

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1. Formación de carboxihemoglobina. El monóxido de carbono actúa sobre la hemoglobina presente en los glóbulos rojos de la sangre formando carboxihemoglobina. Como la afinidad del monóxido de carbono con la hemoglobina es unas 300 veces mayor que la del oxígeno, se dificulta la formación de la oxihemoglobina y por tanto el transporte de oxígeno en el organismo. 2. Saturación de la sangre. A medida que se forma la carboxihemoglobina, el número de glóbulos rojos disponibles para formar oxihemoglobina disminuye, y la sangre se va saturando de monóxido. Cuando se alcanza un 100 % de saturación, los glóbulos rojos no pueden absorber más oxígeno y la víctima no tarda en morir, ya que el organismo humano requiere oxígeno para su funcionamiento y no puede sustituirlo en modo alguno por monóxido de carbono. Resulta más peligroso que una anoxemia normal ya que normalmente hay un retraso importante en la restauración del flujo de oxígeno en el torrente sanguíneo y porque los mecanismos de la protección normales del cuerpo (retardar el metabolismo y colapso) están interferidos y no pueden actuar para proteger al organismo de la falta de oxígeno. 3. Efecto acumulativo Se dice que el carbono monóxido tiene un efecto acumulativo, ya que una persona puede exponerse durante cortos periodos de tiempo a monóxido del carbono sin el efecto aparente, sin embargo la sangre va absorbiendo gas y la víctima será más susceptible a su efecto. Así en una situación de la emergencia continuada, los trabajadores y personal de rescate pueden verse afectados por breves exposiciones a monóxido de carbono especialmente si han tenido una exposición temprana sin tiempo suficiente de exposición al aire fresco para disminuir sus efectos. 4. Proceso reversible El envenenamiento agudo es un proceso reversible. En presencia de aire fresco o de oxígeno, la sangre alcanza gradualmente los niveles apropiados de oxihemoglobina a medida que va disminuyendo la concentración de monóxido de carbono en la sangre. Aunque ni la sangre ni los pulmones se ven afectados, en el periodo en que el cuerpo se ve privado de oxígeno, muchos otros tejidos pueden verse afectados de modo irreversible. Investigaciones recientes han mostrado que una exposición crónica a monóxido de carbono como en el caso de los fumadores pueden causar daños permanentes al sistema nervioso central y cardiovascular.

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5. Los síntomas del envenenamiento. En la tabla 4.4 se relacionan directamente el nivel de saturación de la sangre y el efecto generado. Saturación (%) 0 – 10 10 – 20 20 – 30 30 – 40 40 – 50 50 – 60 60 – 70 70 – 80

Efectos Ninguno Ligero dolor de cabeza Palpitaciones, vértigo Dolor de cabeza severo, debilidad, nauseas, pérdida de la razón, turbiedad de la visión, posibilidad de colapso. Los mismos síntomas pero con mayor posibilidad de colapso Posibilidad de colapso incluso en reposo, aceleración del pulso y de la respiración, convulsiones, desvaríos. Convulsiones, coma, pérdida de pulso y de la respiración, posibilidad de muerte. Pulso y respiración muy débil, fallo respiratorio y muerte.

6. Efectos de la exposición La absorción de monóxido del carbono en el torrente sanguíneo depende de varios factores, en particular. (i) Tiempo de exposición. (ii) Concentración del gas. (iii) Trabajo que se está realizando. La actividad física, las temperaturas elevadas, la humedad y la tensión emocional, pueden aumentar la actividad cardiaca y por tanto la absorción de monóxido de carbono. También la disminución de los niveles de oxígeno puede aumentar los efectos tóxicos del monóxido de carbono. Una relación entre concentración de monóxido de carbono, horas de exposición, trabajo y saturación de sangre se muestra en la siguiente figura: 7.

Grado de Saturación

b =

4 ate 100

Se expresa como un porcentaje y se expresa con la fórmula:

110

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Donde: • “b” es la saturación de la sangre de carboxihemoglobina expresada como porcentaje, • “a” la concentración del monóxido de carbono expresada en ppm. • “t” el tiempo de exposición en horas. • “e” factor que tiene en cuenta el tipo de actividad (1 en reposo, 2 paseo y 3 trabajo moderado) Así por ejemplo si un hombre camina durante quince minutos en un ambiente que contiene 400 ppm de monóxido de carbono la saturación de carboxihemoglobina en la sangre lo calcularemos del siguiente modo.

b=

4 ate 4 × 400 × 0.25 × 2 = = 8% 100 100

8. Aclimatación Personas que trabajan o que están expuestas a bajas concentraciones de monóxido de carbono durante largos periodos de tiempo pueden desarrollara una capacidad de inmunidad a los efectos del gas por lo que los síntomas y efectos producidos por el gas no tendrán lugar en la misma medida que en personas no adaptadas. Así los fumadores normalmente tienen un 5% de saturación en carboxihemoglobina, llegando a valores del 20% en algunos grandes fumadores sin que se perciban los efectos asociados a estos valores. Se cree que el cuerpo compensa esta exposición extraordinaria al gas mediante la producción de glóbulos rojos en proporciones adicionales. 9. Efectos típicos la exposición. La tabla 4.5 da una indicación del efecto de la exposición a diferentes concentraciones de monóxido de carbono. %

Ppm

Máxima saturación

Tiempo de reposo

Tiempo de trabajo

0.02

200

20 %

4h

2h

0.04

400

33 %

2h

45 m

0.12

1.200

60 %

3h

1h

0.20

2.000

65 %

1h

10 m

0.30

3.000

70 %

45 m

5m

1.00

10.000

80 %

30 m

1m

111

Efecto Dolor de cabeza ligero Dolor de cabeza severo Colapso Muerte posible Muerte posible Muerte segura

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10.

Efectos del monóxido de carbono.

El monóxido del carbono tiene un efecto embriagador a bajas concentraciones, de modo que las personas expuestas sufrirán una pérdida gradual de su capacidad de juicio. Un hombre que está intoxicado por la acción de monóxido de carbono puede ofrecer resistencia ante cualquier intento de ayudarle o de alejarle del peligro. Él insistirá en que todo va bien y que puede continuar con el trabajo. Los supervisores deben ser particularmente conscientes de este problema cuando los trabajadores estén dedicados a tareas de calefacción o de lucha contra incendios. Cualquier síntoma de dolor de cabeza o de náusea debe ser suficiente para ser enviado a ambientes con aire fresco. En muchos casos de envenenamiento agudo, los síntomas incluyen el silencio de la víctima, caminar inseguro y lento hasta que se derrumba. La víctima se siente cansada, con debilidad en rodillas y piernas, sufre desvanecimientos, palpitaciones y dificultades para respirar. Cualquier movimiento se pone difícil, se sienten las piernas pesadas y un gran peso en la espalda. El tiempo se alarga y cada paso parece como diez. En estos momentos de incapacidad es cuando puede venir la inconsciencia. Hay que tener en cuenta que pueden no darse estos síntomas y la víctima puede desvanecerse sin previo aviso. La exposición al aire fresco y frío puede acentuar los efectos del monóxido de carbono. En muchos casos, hombres aparentemente no afectados se han desmayado al salir al aire libre. 11. Apariencia Una característica común del envenenamiento por monóxido de carbono es la apariencia saludable de las víctimas, muy diferente a los casos de anoxemia. Los intoxicados no suelen presentar palidez o apariencia plomiza, de hecho las víctimas parecen tener buen aspecto y después de la muerte mantienen un tono rosado, aunque también puede darse una apariencia gris o cenicienta. Debida a la ausencia de oxígeno, el deterioro del cuerpo suele retrasarse. 12. Efectos permanentes Un aspecto particularmente peligroso del envenenamiento por monóxido de carbono es el daño permanente y irreparable sobre los órganos afectados. La variedad de estos daños permanentes abarca desde ningún efecto hasta dolores de cabeza habituales, dolores musculares, problemas respiratorios, parálisis y daños mentales. El corazón y cerebro son los órganos afectados más gravemente. Es muy importante dar tratamiento médico en todos los casos en que se ha producido inconsciencia.

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13. Tratamiento Las personas que se han intoxicado por acción del monóxido de carbono necesitan que disminuyan los niveles de carboxihemoglobina en flujo sanguíneo y el mejor modo es mediante la administración de oxígeno puro. Primero, la víctima debe llevarse lo más pronto posible a un sitio con aire fresco, aunque el tratamiento puede comenzarse en el área donde se ha producido la intoxicación empleando una unidad de terapia del oxígeno. Si no hay respiración, o resulta difícil, hay que emplear un dispositivo de respiración artificial con administración de oxígeno. Hay que mantener al paciente cómodo y caliente y no permitirle ningún esfuerzo (incluso el esfuerzo de andar puede resultar peligroso) y mantener la administración de oxígeno algunas horas. Es importante recordar que la asistencia médica debe darse lo antes posible en todos los casos de intoxicación importante. Para reducir la saturación de la sangre desde el 30 % hasta el 10 % en carboxihemoglobina en aire fresco se necesitan cerca de 15 horas, mientras que al emplear oxígeno puro el proceso puede acelerarse un 500 %. No se debe consumir alcohol, y se recomienda el consumo de bebidas carbonatadas. Detección. El monóxido de carbono no puede detectarse por su color, sabor u olor. Por consiguiente se necesita emplear detectores. Históricamente se exigía el uso de pájaros o canarios en jaulas siempre que se presentaran problemas de incendios y explosión. Sin embargo la disponibilidad de instrumentos de detección en continuo de monóxido de carbono permitió el cambio de las regulaciones. El empleo de canarios para detectar este gas se basaba principalmente en que su volumen de respiración frente al de su sangre es mucho más elevado que en el caso del hombre. Por lo tanto los canarios se ven afectados más rápidamente que el hombre y por tanto sirven para advertir del peligro. Los pájaros son preferibles a los ratones porque son más sensibles a su efecto y dan una indicación más clara del peligro. Se puede observar que con 0.15 % monóxido de carbono presente en el aire un pájaro muestra síntomas de intoxicación (boquean, erizan de plumas, y pierden la vivacidad) en tres minutos, y se derrumba en dieciocho minutos. Con un 0.3 %, el pájaro muestra síntomas casi de inmediato y cae en dos minutos y media. Sin embargo, con concentraciones bajas de monóxido de carbono (por debajo de 0.12 %) el efecto en un canario es poco constante o predecible, y un hombre puede mostrar síntomas de intoxicación aunque el canario parezca estar perfectamente. Por consiguiente, resultaba un método poco recomendable. El empleo de pájaros requiere tener en cuenta unos puntos: •

Uso de dos o más pájaros si es posible.

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Empleo de pájaros que no han estado expuestos previamente para cada determinación ya que pueden desarrollar tolerancia para porcentajes pequeños de gas por tanto no mostrar ninguna señal. • • •

Hay que retirarse de un área cuando un pájaro muestre los primeros síntomas. No sirven para detectar una deficiencia de oxígeno ya que pueden vivir en ambientes con porcentajes de oxígeno menores que los requeridos por el hombre. No hay que introducir pájaros en ambientes de atmósferas irrespirables si lo sabemos previamente.

Regulaciones. En la actualidad se admiten unos valores TLV TWA de 25 ppm. 4.-

METANO (CH4)

El metano es que el más común y el más peligroso de los gases inflamables que se pueden encontrar en espacios subterráneos. Durante siglos ha sido la causa de muchas explosiones con pérdida de innumerables vidas. De hecho, en ciertos ambientes como en la minería al emplear el término de gas se suelen referir al metano. Presencia. El metano es un compuesto de carbono e hidrógeno y su formación natural es similar a la de otros compuestos carbonados que se emplean como combustibles. En la práctica, el metano puede aparecer siempre que nos encontramos en espacios subterráneos. Puede provenir de depósitos naturales, de los procesos de degradación anaerobia de materia orgánica propios de espacios con falta de oxígeno o de escapes desde las conducciones de gas habituales de los subsuelos urbanos. Nunca hay que olvidar que se pueden dar escapes de gas desde pequeñas grietas. Estos escapes pueden liberar grandes volúmenes de gas explosivo originando explosiones o asfixiando a trabajadores. Propiedades. El metano tiene un peso específico de 0.55 (es considerablemente más ligero que el aire) por lo que normalmente se encontrará en los niveles más elevados de cualquier espacio. El metano no tiene sabor ni color y carece de olor cuando está en estado puro. Sin embargo, suele encontrarse mezclado con otros gases inflamables que prestan un olor agradablemente dulce a la mezcla.

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El metano no resulta venenoso por si mismo, de hecho tiene un ligero efecto analgésico. Su peligrosidad, independientemente de posibles explosiones, se debería a que pudiese desplazar al oxígeno en alguna sala. Es ligeramente soluble en agua. Inflamabilidad La propiedad más importante de metano es que es muy inflamable y explosivo cuando se mezcla con aire u oxigeno. • Inflamabilidad de mezclas. Las mezclas de metano en aire dentro del rango de 0 al 5 % de metano no son explosivas pero arden cerca de una fuente caliente con una intensidad de llama que aumentará a medida que aumenta el porcentaje de metano. Las mezclas dentro del rango del 5 al 14 % de metano son más inflamable, una vez que prenden, la misma llama se propagará a lo largo de la mezcla independientemente de la fuente de ignición. La mezcla más explosiva es del 9.8 % en metano y la más inflamable es del 7.5 %. Las mezclas sobre el 15 % no son explosivas y no sufren combustión a no ser que se mezclen con aire. 

Temperatura de ignición. La temperatura de la ignición de metano no puede definirse de un modo exacto ya que varía con el modo de ignición, el porcentaje presente de metano y el movimiento de gas frente a la fuente de ignición. Aunque hay valores de 595 ºC, en la práctica se acepta generalmente que la temperatura de ignición está dentro del rango comprendido entre los 650 y los 750º C.

• Demora en la ignición Para que tenga lugar la ignición el gas debe permanecer en contacto con la fuente de calor durante un tiempo determinado. Respecto a la mayoría de los gases inflamables el metano necesita un tiempo relativamente mayor y varía desde un tercio de segundo para el 9.5 % de metano a dos segundos en concentraciones de metano comprendidos entre el 5 y el 6 % o ocho segundos para valores entre el 12 y el 14 %. La carcasa antideflagrante de los aparatos eléctricos ha de tener en cuenta este tiempo de demora de la ignición para asegurar que una explosión interior no transmitirá una chispa hasta el gas situado en el exterior, evitando que se inflame. Las turbulencias de los gases permiten que determinadas zonas permanezcan fuera de contacto con la fuente de ignición. Este factor junto a la acción refrigerante de la expansión de los gases, debe ser tomados en cuenta para prevenir posibles explosiones. 115

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•

Fuente de ignición La ignición de una mezcla también depende de la fuente de ignición. Así para una concentración de metano del 7.5 % se necesita una chispa eléctrica, mientras que para una concentración del 10 % se requiere una llama y para un 6 % basta con una superficie caliente.

•

Condiciones ambientales. Mientras el límite inferior de inflamabilidad del metano permanece relativamente estable, el superior puede aumentar con incrementos de temperatura, presión y concentración de oxígeno. Por el contrario si la proporción de oxígeno disminuye, el límite superior toma valores menores, alcanzando un valor mínimo al 12.4 % de oxígeno.

Acumulaciones Debido a su bajo peso específico, el metano tiende a situarse en los niveles superiores y su difusión es un proceso lento. El gas se acumulará en cavidades y irregularidades de los techos y resulta difícil de detectar y de dispersar. •

Estratificación

El metano tiende a situarse en los niveles superiores formando finas capas o estratos (a menudo de sólo un centímetro de espesor). Aunque ventilemos, estas capas pueden ocupar distancias considerables, ya que el metano tiene una gran flotabilidad. Esta estratificación es particularmente peligrosa porque es difícil de detectar. Se pueden producir acumulaciones de gas en sitios inesperados y en caso de ignición, la explosión puede transmitirse a distancias considerables, involucrando un gran número de acumulaciones de gas. Las fuentes no sólo incluyen equipamientos eléctricos, sino también cualquier fricción intensa entre materiales. •

Detección de las capas.

No resulta fácil detectar metano empleando explosímetros con sonda. Estas pruebas deben hacerse a 10 milímetros del techo cada 5 o 10 metros. Cada uno de estas pruebas debe comprender muestras en las zonas próximas al techo y una muestra general. Una concentración en las zonas superiores apreciablemente más alta que la concentración general indica una tendencia a la formación de capas. En este caso, deben hacerse medidas adicionales para localizar la capa (su longitud, su profundidad, su fuente) con el objetivo de dispersarla.

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•

Número de capas.

La probabilidad de formación de estos estratos depende de la velocidad del aire, la cantidad de gas que se emite, la pendiente de los túneles y de las superficies. La velocidad del aire necesaria para ventilar y por tanto prevenir la formación de capas varía según las condiciones. •

Eliminación de capas.

Al querer eliminar una capa, el primer paso la erección de una o más barreras. El propósito de éstas es aumentar la velocidad de los gases en los niveles superiores, obstruyendo el flujo en las capas más inferiores. En el caso de encontrarnos con cavidades que presenten gas hay que incrementar la ventilación. Este incremento se puede estimar a partir de las medidas que se realizan para calcular el parámetro LN. El efecto tóxico del metano se limita a su capacidad para desplazar el oxígeno, de modo que para concentraciones de metano del 50 %, podemos encontrarnos con proporciones de oxígeno en torno al 10%. A partir de estos valores la vida se puede ver dañada. Se pueden eliminar pérdidas de vida por asfixia simplemente examinando si tenemos suficiente oxígeno en el ambiente. En el caso de estar analizando los niveles superiores hay que tener cuidado con desvanecimientos por falta de oxígeno y el riesgo de caída que puede darse. Detección Se pueden emplear una gran variedad de instrumentos para detectar y medir concentraciones del metano en ambientes Pueden ser:     

Lámparas de llama de seguridad. Metanómetros. Detectores de gases explosivos. Interferómetros. Analizadores por radiación de infrarrojo.

Los tubos de detección no son ni exactos ni suficientemente específicos. En cuanto a los analizadores que emplean radiación de infrarrojo, son los únicos instrumentos que se pueden emplear para diferenciar de otros gases inflamables o en atmósferas sin oxígeno (por ejemplo después de una explosión o incendio).

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5.-

HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6)

Características. 1. Utilización. El hexafluoruro de azufre es un aislante eléctrico utilizado esencialmente en transformadores, etc. de alta tensión. 2. Propiedades físicas. Se presenta en forma de gas incoloro, inodoro e inflamable. Es más pesado que el aire, con una densidad relativa de 5.11. Es insoluble en agua y ligeramente soluble en etanol. Sus principales características físicas son las siguientes: • • • • • • • •

Peso molecular: Punto de fusión a 221 kPa: Punto de sublimación: Tª crítica: Presión crítica: Densidad crítica Densidad del líquido a -50.8 ºC Tensiones de vapor:

146.07 -50.8 ºC. -63.8 ºC 45.64 ºC 3719.3 kPa. 0.725 g/ml 1.910 g/ml -

5.33 kPa a -101.5 ºC 13.3 kPa a -90.9 ºC 53.3 kPa a -72.6 ºC 360 kPa a - 40 ºC 720 kPa a –20 ºC 1700 kPa a 10 ºC 2750 kPa a 30 ºC

3. Propiedades químicas El hexafluoruro de azufre está formado por la unión de dos elementos muy activos, cuya combinación genera una gran cantidad de energía. Es un compuesto cuya estabilidad química y térmica es muy importante. Así, no presenta reactividad química frente a compuestos como el amoniaco o la potasa, o frente a los metales. Tampoco se hidroliza en presencia de agua, a diferencia de otros halogenuros de azufre. Por el contrario, reacciona frente al sulfuro de hidrógeno, originando fluoruro de hidrógeno y azufre según la reacción: SF6 + 3 H2S

=

6HF + 4S

A temperaturas muy elevadas (superiores a 800ºC) o bajo la acción de fuertes descargas eléctricas se puede descomponer originando compuestos nocivos como son el 118

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monofluoruro, el difluoruro, el tetrafluoruro y el decafluoruro de azufre. El principal problema de estos gases es que se hidrolizan muy fácilmente en presencia de agua o humedad, formando fluoruro de hidrógeno que es muy tóxico y corrosivo. Si las descargas eléctricas se producen en presencia de oxígeno, los productos de la descomposición del hexafluoruro de azufre son el fluoruro de sulfonilo (SO2F2) y el fluoruro de tionilo (SOF2), siendo ambos compuestos productos tóxicos y además pueden hidrolizarse originando productos corrosivos. 4. Recipientes de almacenamiento. Se almacena generalmente en recipientes de acero Riesgos El hexafluoruro de azufre es un gas no inflamable y no explosivo. En cuanto a su toxicología, se observa experimentalmente que es un gas no tóxico. Sin embargo puede resultar asfixiante a grandes concentraciones, ya que puede desplazar al oxígeno. Los productos de su descomposición térmica o eléctrica tienen una toxicidad reducida para las vías respiratorias. En cuanto el valor recomendado del TLV-TWA es de 1000 ppm (es decir 5970 mg/m3). Recomendaciones A temperaturas ordinarias el hexafluoruro de azufre no presenta riesgos importantes, a no ser que esté presente en concentraciones tales que pueda desplazar al oxígeno. Sin embargo, los productos de descomposición térmica o eléctrica si son peligrosos. Por lo tanto deben tomarse ciertas precauciones para su utilización y almacenaje: 1. Desde el punto de vista técnico. El almacenamiento se realizará en un lugar fresco, bien ventilado, al abrigo de rayos solares y de toda fuente de calor. En ningún caso, los recipientes serán expuestos a temperaturas superiores a 50 ºC. El personal debe ser advertido de los riesgos presentados por los productos de descomposición térmica y eléctrica. Los locales donde se utilice este gas, deben ser convenientemente ventilados. Deben ser puestos a disposición del personal aparatos respiratorios. Hay que revisar periódicamente la hermeticidad de las instalaciones donde el producto es almacenado. Durante la manipulación y utilización de los recipientes que contienen este gas, deben seguirse las indicaciones del fabricante, evitando en todo momento golpes o movimientos muy bruscos. Al entrar en salas en las que se encuentre hexafluoruro de azufre, hemos de seguir las precauciones adecuadas. 119

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2. Desde el punto de vista médico. En caso de producirse un caso de asfixia, hay que retirar a la víctima de la zona contaminada. El socorrista deberá emplear un aparato de respiración autónomo si no puede actuar en apnea. Una vez retirada la víctima, se pondrán en práctica las técnicas de reanimación. En el caso de inhalación de productos de descomposición térmica o eléctrica, hay que retirar a la víctima de la zona contaminada y reanimarla si hace falta. En cualquier caso hay que avisar al médico para actuar sobre posibles manifestaciones tóxicas retardadas. 6.-

ÁCIDO SULFÍDRICO (H2S)

El sulfuro de hidrógeno es fácilmente reconocible por su olor a huevo podrido. Propiedades físicas y químicas El sulfuro de hidrógeno no tiene ningún color, pero si un olor muy intenso y desagradable parecido al que tiene los huevos podridos. Tiene un peso específico de 1.19 y arde en el aire con una llama azul luminosa formando dióxido de azufre y vapor de agua. Inflamabilidad: El sulfuro de hidrógeno forma mezclas inflamables en aire en el rango de concentración de 4.5 al 45 %. Origen: Se origina principalmente por la descomposición de materia orgánica que contenga azufre. Efectos fisiológicos El sulfuro de hidrógeno es un gas sumamente tóxico. Tiene una acción irritante sobre los pulmones y el tracto respiratorio, y ataca de un modo muy importante al sistema nervioso. Los efectos fisiológicos que corresponden a las concentraciones atmosféricas se detallan en la siguiente tabla: % Volumen Efecto fisiológico < 0.0005 A estos valores el gas no es venenoso y no causa incomodidades. Irritación en los ojos y en el tracto respiratorio. Inicio de inflamación 0.01 de los párpados y dolor de cabeza intenso. En diez minutos aparece una intensa irritación de los ojos y de la 0.02 garganta que se vuelve insoportable en treinta minutos. Es el mayor porcentaje que se puede soportar sin que se origine la muerte. Se produce en media hora una inflamación muy intensa de 0.05 los ojos, catarro nasal, tos, palpitaciones, debilidad muscular y sudores fríos. Síntomas muy serios en pocos minutos. La acción del gas origina 0.06 conjuntivitis, bronquitis y dolores en el pecho. Situación muy peligrosa para la vida humana. Depresión, estupor, 0.07 inconsciencia y muerte. La muerte ocurre casi instantáneamente, se produce asfixia después 0.10 de la paralización del sistema respiratorio.

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Nota: Pueden observarse los efectos, como conjuntivitis y bronquitis, con cierto retraso. Valores límite. Los valores límite recomendados son: • • •

TLV-TWA: 10 ppm (14 mg/m3) TLV-STEL: 15 ppm TLV-C: 21 mg/m3

Sin embargo no hay que olvidar que se pueden detectar por el olor cantidades tan pequeñas como de 1 ppm, aunque la sensibilidad nasal disminuye con exposición y los niveles de la concentración. Detección: Los métodos de detección más habituales son los detectores electroquímicos y los tubos colorimétricos.

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